17 - 08 - 2017
SOFiSTiK – универсальный программный комплекс, использующий метод конечно-элементного анализа
Сбор нагрузок и расчет по грунту фундаментов опор автодорожных, железнодорожных и пешеходных мостов
ООО Малое инновационное предприятие Технопарк МАДИ

Архитектура мостов

Мосты как свидетельство цивилизации

В. П. Устинов, Сибирский государственный университет путей сообщения, Новосибирск

Источник: http://sved.siberia.net/magazine/

С течением времени все в большей степени возрастает роль архитектуры строительных сооружений, в том числе мостов. Все чаще заказчиков не удовлетворяют чисто утилитарные подходы в проектах сооружений, тем более типовые проекты. Усиливается внимание к ярко выраженным индивидуальным решениям. Не случайно в последнее 10-летие во всех строительных вузах страны введена обязательная дисциплина по архитектуре, соответствующая профилю подготовки студентов. В частности, на факультете "Мосты и тоннели" СГУПСа (Сибирского государственного университета путей сообщения) читается курс лекций "Архитектура транспортных сооружений". Задача архитектуры — организация пространственной среды с использованием строительных конструкций для жизни и деятельности человека. В проектах сооружений должны сочетаться современные для каждого конкретного периода времени функциональные, конструктивные и эстетические требования.

Функциональное содержание сооружения направлено прежде всего на удовлетворение утилитарных потребностей людей — пересечь реку мостом, преодолеть гору тоннелем, связать места пребывания людей дорогой или улицей. Конструктивное содержание сооружения связано с подбором соответствующих строительных конструкций, материалов и размеров его элементов. Эстетическое содержание сооружения определяется архитектурной формой, причем конструктивная форма, как правило, наделяется определенной выразительностью, без которой немыслим архитектурный образ.

К числу основных требований к сооружению следует отнести необходимость достижения высоких потребительских свойств, включая архитектурную их выразительность. Даже в древние времена строители заботились не только о долговечности, но и о красоте сооружений. Известно изречение древнеримского теоретика архитектуры М. Витрувия о том, что "архитектурные сооружения должны обладать тремя качествами: пользой, прочностью и красотой", а итальянский архитектор А. Палладио писал: "Невозможно было бы назвать совершенным здание, хотя бы и полезное, но недолговечное, равно как и такое, которое служит долго, но неудобно, или же то, что имеет одно и другое, но лишено всякой прелести".

У архитекторов имеется большой арсенал средств для достижения художественной выразительности сооружения с выбором любого из альтернативных направлений: архитектурное пропорционирование, масштаб и масштабность, фактура и цвет, ритмическое или метрическое членение, симметрия или асимметрия, равновесие или напряженность, грузность или легкость, чарующая гармония или острота контраста, обыденность или привлекательная новизна, статичность или динамичность и т. д.

Мосты как свидетельство цивилизации

Конечно, для получения красивого сооружения нужны фантазия проектировщика, интуиция, чувство формы и чувство прекрасного.

Старые каменные мосты

Во все времена история мостостроения тесно связана с историей развития общества и отражает в каждую эпоху уровень техники, экономические отношения и эстетические взгляды людей. Древний Рим до известной степени походил на современное государство, имея около 80.000 км шоссейных дорог с множеством каменных мостов. В одном только Риме было 55 км водопроводных линий, проходящих по аркам акведуков. Римский историк Фронтин отмечал, что "акведуки являются главными свидетелями величия Римской Империи".

Постройка акведуков началась с IV в до н.э. Одним из шедевров древнеримской архитектуры является Гарский акведук (Пон-дю-Гар) через глубокую долину реки Гар вблизи города Нима (римского Немауса) в южной Франции. Акведук был частью водопровода, по которому город снабжался чистой родниковой водой.

По высоте акведук был разделен на три яруса с помощью резко выраженных горизонтальных карнизов. Убывающая кверху высота горизонтальных членений зрительно приводит к увеличению и без того рекордной высоты сооружения.

Разбивка на пролеты этого акведука сделана при сложном сочетании ритмического ряда убывающих к устоям пролетов 24,5; 19,5; 15,5 м — в двух нижних ярусах и метрического ряда с 35 пролетами по 4,65 м — в верхнем ярусе. При резком переходе от медленного ритма нижних ярусов к быстрому мельканию мелких арочек в верхнем ярусе глаз не охватывает их сразу, и человек острее ощущает длину сооружения.

Акведук выполнен из крупных каменных блоков, высеченных из желто-розоватого известняка и уложенных насухо. Ширина опор поперек оси акведука в нижнем ярусе равна 6,36 м, а в верхнем ярусе, на котором устраивается водопроводный лоток, 3,06 м. В 19 г. до н.э. (т. е. более 2020 лет тому назад!) акведук был введен в эксплуатацию, а позднее к нему в уровне нижнего яруса был пристроен шоссейный мост. Обращают на себя внимание высокое качество всех строительных работ, долговечность и исключительно высокая архитектурная выразительность сооружения.

Архитектура римских мостов в первую очередь отвечала государственным и общественным потребностям. Наряду с этим мостам были свойственны величавость, торжественность, парадность. В 134 г. н.э. в Риме был построен мост Ангелов через р. Тибр с пятью полуциркульными сводами, имеющими пролеты 6+3*18+6 м и ширину 11 м (в отличие от обычной ширины в то время 3...4 м).

Этот мост был мемориальным сооружением, являющимся частью пространственного ансамбля, в котором ось моста направлена на центр мавзолея императора Адриана, замыкающего зрительную перспективу вдоль моста. При этом проезжая часть моста расположена в уровне набережной, на которую она поворачивает под прямым углом перед крепостной стеной мавзолея.

Широкие и низкие опоры моста придают сооружению монументальность. Благодаря обтекаемым формам опор, сужающимся кверху пилястрам, а также поставленным позднее статуям ангелов, мост получил резкое вертикальное членение, что зрительно увеличивает длину моста. Опять хотелось бы отметить, что мост Ангелов функционирует уже около 1870 лет!

После падения Римской империи в 476 г н.э. римское строительное искусство со временем было утрачено и строительство мостов замерло почти на восемь столетий. Потребность в прочных каменных мостах стала проявляться к концу ХИв н.э. При этом постоянная военная опасность существенно изменила функциональное назначение и архитектуру мостов.

В 1251 г. был построен красивейший мост средневековой Европы через р. Ло в Каоре (Франция) с шестью средними пролетами по 16,5 м и двумя по 5 м у берегов (рис.3). Мост выполнен в готическом стиле и имеет ярко выраженный крепостной характер. На мосту возведены оборонительные башни над средней опорой и над устоями моста.

Пролеты моста перекрыты каменными стрельчатыми сводами, пустотелые надсводные строения служили помещениями для стражи и были соединены внутренними ходами с боевыми башнями. Повторяющиеся вертикальные членения придают мосту характер крупного сооружения, доминирующего над окружающей местностью и служащего архитектурным ориентиром города.

По праву, этот мост можно считать одним из лучших средневековых мостов.

При строительстве мостов в Париже XVII в стали проявляться градостроительные принципы, в соответствии с которыми мосты рассматриваются в составе городских ансамблей, с учетом существующей застройки города, планировки улиц и площадей.

Сооружение мостов через р. Сену началось с постройки в 1604 г. Нового моста, расположенного у самого Лувра в сердце тогдашнего Парижа (рис.4). Новый мост пересекает стрелку острова Ситэ, похожего, по словам В. Гюго, "на большой корабль, завязший на середине Сены". При этом архитектору удалось объединить обе части моста, стрелку острова и набережные в целостный ансамбль, завершенный позднее конной статуей — памятником Генриху IV.

Новый мост имеет общую длину 229 м и ширину 22 м. Правобережная часть моста длиной около 150 м через основное русло реки имеет 7 пролетов с величиной до 19,4 м. Промежуточные опоры остроугольного очертания заканчиваются сверху балконами полуциркульного очертания. Сильно профилированный карниз моста поддерживается каменными консолями — гротесками. Мост выглядит мощным и роскошным.

Деревянные мосты

В XVII ... XVIII вв. пролеты каменных мостов не превышали 40 м, их сооружение было очень дорогим и требовало больших затрат времени. В связи с необходимостью расширения системы сухопутных и водных путей сообщения, особенно в странах, богатых лесом, интенсивно возрастало строительство деревянных мостов. В частности, в странах Европы швейцарскими плотниками братьями Я. и X. Грубенманами было построено несколько таких мостов с пролетами до 61 м (1778г.).

В такой быстроразвивающейся стране, как США, первые переселенцы обычно искали необходимый строительный материал в сосновых лесах. В 1811 г. ими был построен мост "Колоссус" комбинированной системы (ферма + арка) с пролетом 103,6 м, а в 1815 г. — арочный мост с пролетом 109,9 м. Однако первый мост сгорел в 1838 г., а второй мост был разрушен через два года после его постройки необычно сильным ледоходом.

Очень часто, особенно в средние века, такие мосты закрывали с боков щитами, а сверху — черепичными крышами вдоль всего моста для защиты от внешних атмосферных воздействий. В этом отношении заслуживает внимания крытый Часовенный мост в Люцерне (Швейцария), имеющий длину 198 м, построенный в 1333 г. и существующий до настоящего времени!

Следует отметить, что камень и дерево были основными материалами для строительства мостов примерно до середины XIX в. Позднее их стали вытеснять новые более эффективные материалы. Это имеет отношение и к России.

Арочные металлические мосты

С началом индустриальной революции в Англии интенсивно развивалось строительство шоссейных дорог и каналов. В 1779 г. был построен первый в мире чугунный мост через р. Северн в Колбрукдейле.

Чугун, как и бетон, хорошо "работает" на сжатие и плохо — на растяжение. В данном случае препятствием для моста являлось узкое и глубокое ущелье, поэтому вполне обоснованным было принятие арочной системы. Высокий однопролетный мост имеет 5 трехпоясных арок с пролетом 30,5 м и стрелой 12,8 м.

Более прочный чугун позволил получить более изящные архитектурные формы сооружения. Верхние подкосы в опорах и круглые вставки рядом с ними зрительно уравновешивают работу крайних тонких стоек, такая же роль и у стоек над замком арок. Арочный мост был собран из готовых деталей всего за три месяца. После этого моста чугун стали применять во всех странах мира, началась эра металлических мостов.

Ещё большие возможности появились у мостостроителей после появления сварочного (пудлингового) железа, а позднее более качественного литого железа. Известный французский предприниматель Г. Эйфель построил в 1877 г. арочный мост через р. Дору у Опорто (Португалия) с пролетом 160 м и стрелой подъема 42,5 м, а позднее — в 1885 г. — аналогичный арочный виадук Гараби (на юге Франции) под железную дорогу, имеющий двухшарнирные серповидные арки с пролетом 165 м, стрелой подъема 51,6 м и высотой над дном долины 122 м (рис.6). В то время эти мосты имели наибольшие пролеты в мире.

Постройка двух мостов была хорошей прелюдией к реализации творческого потенциала и таланта инженера — мостовика Г.Эйфеля при строительстве знаменитой Эйфелевой башни в Париже.

В 1900 г. по проекту инженера Л. Резаля был построен мост Александра III через р. Сену в Париже. Русло реки перекрыто одним трехшарнирным сквозным арочным пролетным строением с пролетом 107,5 м и отношением стрелы подъема к пролету 1/17. Все вертикальные нагрузки воспринимаются 15 арками двутаврового сечения, выполненными из литого железа. Исключительно пологие арки сделали конструкцию моста лёгкой и изящной, но для восприятия больших горизонтальных усилий распора потребовалось развить массивные фундаменты устоев вдоль оси моста. Вдоль набережных над этими фундаментами устроено по два узких проезда шириной около 5,5 м.

Мост был предназначен для прохода на Всемирную выставку в Париже 1900 г., поэтому при общей ширине моста 40 м для экипажей отведена полоса 20 м посередине моста, а для пешеходов — два тротуара по 10 м снаружи от ездового полотна. На обоих берегах реки мост выходит на открытые площади, поэтому въезды на мост оформлены четырьмя одинаковыми пилонами, на которых выполнены скульптурные изображения пегасов. Мост является центральным связующим архитектурным сооружением городского ансамбля между правым и левым берегами Сены.

Мост Александра III отличается монументальностью, исключительно праздничным оформлением, богатством малых архитектурных форм. Наружные арки покрыты художественно оформленными защитными пластинами с орнаментами. Между подарочными стойками подвешены гирлянды. Балюстрада прерывается стойками с канделябрами. В замках наружных арок устроены картуши с изображением гербов Франции и России.

Мост, бесспорно, является выдающимся сооружением как в инженерном, так и в архитектурном отношении. Однако есть и иные мнения. Известный архитектор д.т.н. П.В. Щусев писал в 1953 г., что "в скульптуре, выполненной с холодным академическим уменьем, как и в остальном оформлении моста, нет ясной простоты и убедительной лаконичности". Многие считают, что мост неоправданно перегружен элементами дизайна. Возможно, это и правильно (по-видимому, французские архитекторы не смогли выдержать "чувство меры", выполняя работу на деньги русского царя).

Конец XIX в. ознаменован тремя замечательными событиями: строительствами моста Александра — III через р. Сену, Эйфелевой башни в Париже и моста через р. Енисей в Красноярске. За оригинальность и смелость инженерных решений авторы Эйфелевой башни и моста в Красноярске были удостоены Золотых медалей Всемирной выставки в Париже 1900 г.

Мост через р. Енисей был запроектирован профессором Л. Д. Проскуряковым под один железнодорожный путь и построен под руководством инженера Е.К. Кнорре в 1899 г. Мост имел общую длину немногим меньше 1 км и включал 6 русловых пролетных строений с пролетами по 144,48 м, которые в то время были наибольшими в России. Эксплуатация моста была прекращена лишь в 2000 г., т.е. через 100 лет после его постройки.

Железобетонные мосты

В Европе и Америке бетон стали применять лишь с середины XIX в., причем в конструктивных формах каменных мостов. Швейцарский инженер Р. Майяр первым провозгласил принцип открытых бетонных конструкций, без их маскировки под каменную кладку (1901 г.). В последствии им было построено много мостов из обычного железобетона, которые отличались оригинальными архитектурными формами.

Всем привычна обычная, типовая форма бетонных массивных промежуточных опор мостов. Автор балочного неразрезного моста Франсен во Франции внёс небольшие изменения в ригеле опор и получил оригинальное, совершенно отличное от типового и легко запоминающееся решение. Однако можно отметить, что в архитектурном отношении не была выдержана соразмерность между элементами моста. Пролетные строения выглядят чрезмерно массивными по сравнению с относительно тонкими столбами опор (зрительно возникает опасение, что они могут быть легко вдавлены в дно реки).

Мосты как свидетельство цивилизации

В последние десятилетия в мире построено очень много преднапряженных балочных железобетонных мостов с большими пролетами. Один из них — виадук Кохер на автомагистрали Хейльбронн — Нюрнберг (Германия), который имеет полную длину 1128 м при уровне проезда над дном долины 185 м и пролеты до 138 м.

Продольные и поперечные поверхности опор выполнены слегка искривленными, причем не с выпуклым, а с вогнутым очертанием, т.к. при плоских гранях опор они производили бы впечатление чрезмерно жестких, особенно при большой их высоте. Благодаря большой стройности опор сооружение выглядит лёгким и грациозным даже при взгляде под острым углом к оси виадука.

В случае необходимости перекрыть большие пролеты, особенно при наличии хороших грунтов, а также в городах часто применяют арочные железобетонные мосты с обычными, ставшими классическим формами, например, мост Сандо в Швеции с пролетом 280 м, мост через пролив Крк на Адриатическом побережье в Хорватии с максимальным пролетом в мире для таких мостов 390 м и др.

На мосту через водохранилище Молдау южнее Праги (рис.10) конструкция малых сводов с поперечными стенками надсводных строений, устроенных на длинной подходной рампе, повторена и над большепролетными сводами. Получилась оригинальная, привлекающая своей необычностью архитектурная композиция, которая позволила отказаться в больших пролетах от слишком высоких и гибких стенок у пят сводов.

Такой материал, как железобетон, позволяет применять самые разнообразные системы и формы мостовых сооружений. В нашей стране с начала 50-х гг. разрабатывались на конкурсной основе пролетные строения с ездой понизу на балласте под тяжелую железнодорожную нагрузку с пролетами более 30 м.

В 1963 г. на мосту через р. Черту у г. Белове Кемеровской области было построено первое опытное пролетное строение с решетчатыми комбинированными фермами пролетом 55 м конструкции НИИЖ-Та. Каждая ферма выполнена с простой треугольной решеткой и жестким на изгиб нижним поясом. Мост эксплуатируется практически без всякого ремонта уже 40 лет. Применение ферм с гибкими стержневыми П- и Н-образными элементами в сочетании с балкой жесткости двутаврового сечения небольшой высоты делает пролетное строение достаточно приемлемым в архитектурном отношении.

В 1976 г. было построено аналогичное пролетное строение на мосту через р. Койниху у г. Искитима Новосибирской области с пролетом 61,2 м, наибольшим в мире для рассматриваемой системы под железнодорожную нагрузку. При этом было несколько уменьшено отношение высоты фермы к пролету, все элементы решетки ферм приняты прямоугольного сечения и убраны наружные промежуточные ребра жесткости между узлами нижнего пояса. Эти приемы повысили архитектурную выразительность моста.

Современные мосты

При строительстве Московской кольцевой автомобильной дороги (МКАД) в 1960 г. сооружен мост через р. Москву у с. Беседы с русловым металлическим пролетным строением при езде посередине и с двумя береговыми пролетами, перекрытыми железобетонными арками при езде поверху. Практически арочные мосты всегда архитектурно выразительны. Этот мост не является исключением.

При взгляде на мост с верхней позиции русловые двухшарнирные серповидные арки с тонкими элементами связей выглядят весьма ажурными и тектоничными. Однако вид моста с берега реки под острым углом к его оси оказывается менее привлекательным — береговые массивные арки с более грубыми формами вызывают большее внимание на себя, лишая русловое пролетное строение четких очертаний.

В октябре 1955 г. был сдан в эксплуатацию первый городской (Октябрьский) мост через р. Обь в Новосибирске, который включал семь главных русловых пролетных строений комбинированной системы с пролетами по 120 м и четыре — балочной системы в правобережной эстакаде. Каждый русловой пролет перекрывается двумя гибкими металлическими арками и восемью расположенными над ними жесткими сталежелезобетонными балками. Авторами проекта моста были инженер Г.Д. Попов и архитектор К.И. Яковлев. Перед ними стояла задача сделать мост монументальным за достойный вклад сибиряков в победу над фашизмом. Это им удалось.

Построенный мост удачно разбит на секции по 2+3+2 пролета, между которыми поставлены более мощные массивные опоры. Даже на подсознательном уровне зритель воспринимает такой мост с четко выраженными участками в пропорции 0,667+1,000+0,667, которая очень близка к любимому архитекторами "золотому сечению" с пропорцией 0,621+1,000+0,621.

Такое решение целесообразно и в инженерном отношении: при более мощных опорах 1, 3, 6, 8, которые способны воспринимать неуравновешенный распор от арок, повышается "живучесть" моста и возможность посекционного ведения работ по раскружаливанию арок.

Основную вертикальную нагрузку воспринимают арки, но, желая сделать их более легкими и изящными, их изготавливали из низколегированной стали (при балках — из углеродистой стали) с развитием сечения в ширину, а не в высоту.

Мосты как свидетельство цивилизации

Для обеспечения совместной работы балок жесткости между ними поставлены довольно мощные поперечные диафрагмы, которые позволяют существенно уменьшить количество подарочных стоек.

Проезжая часть выполнена из сборных железобетонных плит, но для устранения опасности получения "клавишного эффекта" торцевые плиты выполнены из монолитного железобетона. Выступающая ровная светлая полоса консолей плиты вызывает тень на боковых поверхностях балок, что зрительно уменьшает их высоту. При отсутствии стоек крайняя балка выглядит работающей с таким же пролетом, как и арка.

По проекту над правобережной опорой 8 должны быть поставлены обелиски высотой 40 м, а над опорами 3 и 6 — торшеры высотой 23 м. Однако в последний год строительства было принято решение: с целью экономии средств их не сооружать, а также уменьшить высоту насыпи между мостом и высоким левым берегом. Несмотря на это, Октябрьский мост является выдающимся архитектурным сооружением в нашей стране. Не случайно его силуэт изображают на различных эмблемах Новосибирска.

Рядом с Октябрьским мостом в 1985 г. через р. Обь построен мост-метро с полной длиной мостового перехода 2145 м, включая русловую и эстакадную части. Русловое пролетное строение под две линии метро выполнено в виде одной замкнутой коробчатой металлической балки длиной более 840 м и массой около 6200 т, которая в целом виде была продольно надвинута с левого берега реки в проектное положение над главным руслом.

Главная балка имеет простую, но достаточно привлекательную форму. Выступающие сплошные полосы верхних и боковых перил тротуаров зрительно делают балку более стройной. Мост оживляют опоры нестандартной формы. К сожалению, этот мост закрывает вид с верховой части правобережной набережной на Октябрьский мост.

В последние десятилетия во всех странах мира стали широко применять вантовые и висячие мосты, которые позволяют перекрывать весьма большие пролеты. Так, в сентябре 2000 г. состоялось открытие движения по автодорожному мосту через р. Обь в районе Сургута (рис.15). Новый автодорожный мост расположен в 67 м ниже по течению от ранее построенного железнодорожного моста. Полная длина мостового перехода I очереди 8143 м при длине собственного моста 2110 м. На большей части моста установлены стальные неразрезные балочные пролетные строения с 11 пролетами по 132 м.

Наибольший интерес представляет вантовое пролетное строение с главным пролетом 408 м и боковым 148 м при высоте пилона над поверхностью земли около 160 м. Полезно отметить, что для однопи-лонных вантовых мостов пролет 408 м является наибольшим в мире, что не имеет мировых аналогов соотношение ширины пролетного строения 15,2 м к длине главного пролета, что мост соответствует мировым стандартам, построен отечественными строителями с использованием имеющихся материалов (кроме вант), оборудования и технологией сооружения.

Самые большие пролеты целесообразно перекрывать с помощью мостов висячих систем. В 1998 г. открыт для движения висячий мост Акаси — Кейкио между островами Хонсю и Сикоку в Японии (рис.16). Пролив Акаси имеет ширину около 4 км и глубину до 110м. Мост имеет главный пролет 1991 м, в настоящее время наибольший в мире, и боковые пролеты по 960 м, стальные пилоны высотой 297 м и глубину заложения фундаментов ниже уровня моря 60 м. Мост предназначен для восьми полос движения и имеет два стальных кабеля диаметром 1,1 м.

mosty-kak-svidetelstvo-civilizacii-4

После строительства моста Акаси — Кейкио японцы приступили к проектированию висячего моста с углепластиковыми кабелями через пролив Гибралтар, имеющий глубину до 250...350 м, в двух вариантах: с тремя пролетами по 3000 м и двумя - по 5000 м. Для таких мостов в архитектурном отношении основное внимание уделяется общей компоновке сооружения, распределению его масс, цвету элементов конструкции, художественному оформлению предмостных площадей и въездов на мост, эффективному освещению моста в ночное время. Малые архитектурные формы практически не устраиваются, так как их невозможно разглядеть из окна быстро двигающегося автомобиля.

Пройдут годы. Появятся новые, красивые мосты. Непреодолимая тяга человека к преодолению препятствий и красоте будет рождать все новые, более совершенные технические решения и облекать их в изящную форму.

А мосты прошлого будут восприниматься как музейные ценности, как свидетельства развития цивилизации. Такова жизнь.

Мосты как свидетельство цивилизации

Метки:     мост      моста      мостов      через      мосты      более      сооружения      имеет      пролетом      было      пролетами      пролеты      между      опор      построен      мире      реки      системы      стали      длину      зрительно      арки      мосту      отношении      париже      позднее      после      пролетное      были      сооружений      строение      время      каменных      которые      построено      акведук      арок      строения      строительных      формы      опоры      сечения      сооружением      башни      стоек      архитектуры      арочный      архитектурномсооружением      башни      стоек      архитектуры      арочный      архитектурномарок      строения      строительных      формы      опоры      сечения      сооружением      башни      стоек      архитектуры      арочный      архитектурном

Новости ФОРУМА
 
 

 

Транспортные сооружения - научный журнал

Кафедра Транспортное строительство СГТУ

Блог о расчeтах мостов Портал мостостроителя

Ingener.kz: Всё для инженеров

СК Стройкомплекс-5