Виды деревянных мостов (тирольская классификация)

Деревянные мосты – варианты конструкции и классификация. Конструкции и виды мостов

Деревянные мосты возводят на автомобильных дорогах при пересечении небольших рек и оврагов.

Деревянные мосты (рис. 9.10) простейшей балочной малопро­летной конструкции имеют наиболее широкую область примене­ния. На автомобильных дорогах применяют в некоторых случаях мосты более сложной конструкции пролетом до 60 м.

Малопролетные деревянные мосты применяются изредка в железнодорожном строительстве. Они дешевы, возводятся в ко­роткие сроки, и их сооружение, особенно в районах, где древе­сина является местным материалом, вполне оправдано.

Главным недостатком деревянных мостов является опасность.

Рис. 9.10. Деревянные мосты:

а — балочный; б — подносный; в — клеедеревянный балочный; г — клеедеревянный арочный; д — из ферм; е — совмещенный балочно-арочный; ж — совмещенный вантово-балочный; з-настилы; 1 — накат; 2 — доски; 3- деревоплита; 4 — асфальтобетон

Основные части моста — это пролетное строение и опоры. Пролетное строение состоит из проезжей части, основных несу­щих конструкций и связей. Проезжая часть располагается выше основных несущих конструкций в мостах с ездой поверху, ниже их — в мостах с ездой понизу и занимает промежуточное положение в мостах с ездой посередине. Наиболее эффективны деревянные мосты с ездой поверху, поскольку количество основ­ных несущих конструкций и их расстановка принимаются неза­висимо от габаритов проезжей части. Кроме того, проезжая часть здесь служит дополнительно защитным покрытием от ат­мосферного увлажнения древесины.

Проезжая часть моста состоит из настила и балок. В качестве настилов применяются в большинстве случаев сплошные ряды бревен (накат) или пластин, покрытые дощатой обивкой. При­меняется также ребристая деревоплита, состоящая из сплошного ряда досок разной ширины на ребро, ребристая поверхность которых покрывается асфальтобетоном. Опорами настила служат продольные прогоны или поперечные балки цельного или состав­ного сечения. По краям проезжей части настил несколько подни­мается, образуя тротуары.

Основные несущие конструкции пролетных строений могут быть цельнобалочными, составными балочными, подкосными, сквозными, арочными и комбинированными.

Цельнобалочные конструкции применяются в мостах проле­том до 6 м. Они состоят из бревенчатых или брусчатых прогонов, уложенных на опоры обычно вразбежку с шагом, равным двой­ной ширине их сечения. Эта конструкция построечного изготовле­ния проста, малотрудоемка и экономична.

Составные балочные конструкции применяются в мостах про­летом до 20 м. Наиболее перспективны клееные балочные конст­рукции заводского изготовления. Они состоят из дощатоклееных балок прямоугольного сечения высотой, равной 1/10. 1/15 про­лета, которые ставятся на опоры в количестве 4 или 6 шт. Во временных мостах иногда применяют дощато-гвоздевые балки с перекрестной стенкой, однако необходимо учитывать, что они трудоемки при изготовлении и защите от загнивания.

Подносные конструкции иногда применяют во временных мос­тах пролетом до 12 м. Их изготовляют из бревен или брусьев, и состоят они из ригелей, стоек и подкосов, соединенных лобовыми упорами и врубками. Схемы таких конструкций бывают треугольно-подкосными, трапециевидно-подкосными и ригельно-подкосными. Наличие подкосов в 2. 3 раза уменьшает пролет ригеля. Эти конструкции трудоемки и трудно защищаемы от загнивания ввиду большого числа врубок.

Арочные конструкции наиболее часто применяются в мостах пролетом до 30 м. Клееные арки заводского изготовления, как правило, имеют трехшарнирную схему и состоят из двух доща-токлееных полуарок прямоугольного сечения, описанных по дуге окружности.

Сквозные конструкции в виде ферм применяются в мостах пролетом до 60 м. В таких мостах используют фермы Гау-Журавского. Они имеют параллельные пояса, перекрестные рас­косы и стойки. Пояса и раскосы выполняют из брусьев и бревен, а стойки — из арматурной стали. Раскосы соединяют в узлах наклонными лобовыми упорами, и при расчете растянутые раско­сы не учитывают. Стыки поясов делают болтовыми с деревянны­ми или стальными накладками. Применение металлического ниж­него пояса в таких фермах значительно повышает их надежность.

Комбинированные конструкции деревянных мостов могут быть арочными и висячими. Арочные конструкции применяют при про­летах до 60 м. Они состоят из арок, соединенных с балкой или фермой жесткости, и имеют существенные преимущества перед фермами и арками, работающими самостоятельно. Арки этой конструкции не передают распора на опоры, поскольку он вос­принимается балками или фермами жесткости, как затяжками. Это значительно упрощает конструкцию опор. Фермы или балки подвешены в ряде точек к аркам, поэтому усилия в них являются относительно небольшими. В таких конструкциях применяют так­же клееные балки и арки.

Опоры деревянных мостов выполняют тоже деревянными свайной, рамной и ряжевой конструкций или бетонными и камен­ными. Свайные опоры являются наиболее простыми. Они состоят из рядов деревянных свай, забитых в дно реки или оврага. Их широко применяют особенно в малопролетных мостах при грунтах, допускающих забивку свай.

Рамные опоры — это сквозные деревянные рамы из бревен или брусьев, устанавливаемые на бетонные фундаменты. Они более сложны и применяют их в мостах, возводимых на грунтах, не допускающих забивки свай.

Ряжевые опоры — это бревенчатые срубы с днищем и пере­городками, которые заполняют камнем и опускают на дно реки. Их используют в мостах, сооружаемых над глубокими реками с быстрым течением, где применение свайных и рамных опор невозможно.

Бетонные и каменные опоры применяют в мостах большого пролета над широкими реками, оврагами и ущельями.

Деревянные эстакады сооружают, главным образом, с приме­нением составных клееных балок, ферм и параллельными пояса­ми и подкосных конструкций с опиранием их на рамные опоры.

Самый длинный деревянный мост России, «Типографский» пешеходный, 555 метров, построен в 2016 году, г. Киржач, Владимирская область.

Древесина — один из первых строительных материалов, широко используемых для создания различных конструкций. Благодаря своим естественным качествам, она долго оставалась основным материалом для сооружения жилищ, ограждений, транспортных средств. Прочность, гибкость, сравнительная простота обработки с помощью несложных технологий — по совокупности этих свойств у древесины не было конкурентов. Но, пожалуй, еще более ценной ее особенностью является возможность заготовки готовых длинномерных деталей (деревянных бревен, а затем и досок), из которых сразу собирались стены и ограды, возводились мосты-переправы для преодоления препятствий. В индустриальное время основными конструкционными материалами стали металл и бетон, а о строительной древесине почти забыли. Однако сейчас с пониманием того, что нужны не только грандиозные проекты и с осознанием важности бережного отношения к окружающей среде, дерево возвращается. Современные материалы из него, вроде клееных массива и бруса (LVL, CLT) или модифицированной древесины (ацетилированная древесина, термодревесина), используются и в многоэтажном деревянном домостроении, и в деревянном мостостроении. О последнем и пойдет речь.

Проект моста через Неву Ивана Петровича Кулибина.

Переправы прошлого, «первые» деревянные мосты, — отдельные стволы деревьев или несколько стволов, перевязанных веревкой, гибкими ветвями, переброшенные через расщелины и небольшие реки. Если нужно было наладить сообщение между двумя берегами широкой реки, мост-плот или подвесной мост строили из тех же деревянных бревен и «веревок». «Простых» мостов было достаточно, пока их малая ширина и грузоподъемность не стали существенно ограничивать массовые перемещений людей и грузов, обусловленные ростом поселений и развитием торговли. Новая реальность городов и рынков потребовала и совершенно другой транспортной сети, рассчитанной на мощные потоки людей и товаров. Задача преодоления преград на пути этой сети решалась комплексно. С одной стороны, выбирались более легко проходимые маршруты, с другой, развивалось мостостроение. До сих пор сохранились каменные мосты через реки и расщелины скал, овраги (виадуки), построенные на путях Римской империи (и даже на тысячелетие более древних, как мост Arkadiko, Микенская культура). Стоят и некоторые металлические мосты начала индустриальной эры.

Белорецкий деревянный пешеходный мост, река Белая, длина моста 550 метров, построен в 30-х годах прошлого века.

Древесина естественно разлагается под воздействием разрушающих факторов внешней среды и микроорганизмов, включенных в природный цикл органики-неорганики. Существенная часть деревянных строений была разрушена огнем. Наконец, деревянные конструкции сравнительно легко демонтировать и заменить на более совершенные и из более современных материалов. Не удивительно, что деревянные мосты даже недалекого прошлого сохранились лишь в картинах, эскизах и чертежах, исторических текстах, да остатках окаменевшей мореной древесины. Тем не менее по историческим документам и материальным остаткам можно достаточно точно восстановить, как их строили, и как добивались увеличения срока службы.

Конструкции древних деревянных мостов сравнительно просты. И по сути являются развитием подмеченных в окружающем мире, подходящих для преодоления препятствий, форм. Бревно над ручьем — прообраз моста балочного типа. Плавающее бревно — моста-плота или моста понтонного типа. Лианы и лоза — веревочных, а затем современных подвесных и вантовых мостов. Мосты первого типа, балочные, постепенно вытеснили наплавные и веревочные, которые если и использовались после, то скорее, как временные переправы.

Пешеходный мост «Леонардо», Норвегия, построен в 2001 год по «мотивам» проекта каменного моста через бухту Золотой Рог Леонардо да Винчи, длина 110 метров.

Грузоподъемность и длина пролета балочного моста определяются способностью материала, из которого изготовлена балка, выдерживать нагрузки (критически важные — растягивающие, возникающие при изгибе нагруженной балки). Древесина сравнительно хорошо противостоит таким нагрузкам, и пролет деревянного балочного моста может связать две опоры на расстоянии в десяток метров. В качестве опор могут использоваться подготовленные площадки (устои — береговые опоры) на краях преодолеваемой преграды. Если же преграда широка, то приходится наращивать края берега или ставить промежуточные опоры. До изобретения цемента и разработки технологии возведения бетонных опор, материалом для опор служили камень и дерево. Стенки опор могли сооружаться из древесины как срубы с засыпкой пустот камнями. Такие конструкции противостояли и течению реки, и паводкам, и ледоходам.

Деревянные конструкции опор, пролетов, настилы балочного моста нуждались в ремонте и подновлении. Для увеличения их срока службы подбирались материалы из более стойкой к влаге и морозам древесины. Изобретались способы уменьшения нагрузки на мост в период ледохода или паводка (разборные конструкции, сборка каркаса в «реж» — с проемами для пропуска потока воды, защитные насыпи из камней).

Обрушение деревянного моста над автомагистралью E6, Sjoa Gudbrandsdalen, Норвегия, 2016 год. Для магистрали было построено 6 типовых мостов длиной 45 метров, предназначенных для хозяйственных нужд (не для регулярного движения). Мост обрушился при проезде через него грузового автомобиля.

Простой балочный деревянный мост не может быть просто масштабирован до больших размеров. С одной стороны, в природе просто не найти бревен слишком большой длины и диаметра. С другой, собственный вес конструкции с ростом размера растет быстрее, чем ее несущие возможности. И, в конце концов, она разрушается даже без нагрузки. Чтобы обеспечить требуемые прочностные показатели и избежать разрушения под действием собственного веса, сплошную деревянную конструкцию балки можно заменить коробкой или фермой. Ферменная или коробчатая конструкция позволили бы строить деревянные мосты больших размеров с длинными пролетами. Насколько большим мог бы быть такой мост позволяет судить, к примеру, известный проект моста через Неву, предложенный (в 1772 году) Иваном Петровичем Кулибиным.

К сожалению, реализовать удалось лишь уменьшенную модель этого одноарочного моста, который в натуре должен был иметь длину в 298 метров. Для переправ предпочитали использовать пусть и не такие изящные, но проверенные временем сооружения.

«Перевернутый» деревянный мост («Мост Моисея») через крепостной ров в Fort De Roovere, Нидерланды, построен в 2011 г; в конструкции применялась ацетилированная древесина.

К тому времени, когда решения в виде эффективных по сопротивлению нагрузкам и легких конструкций (фермы, коробки) было найдено, уже существовали и технологии массового изготовления металлических деталей. Большие мосты оказалось проще и дешевле (с учетом предполагаемого срока службы) реализовать из чугуна (а затем и стали). Первый чугунный мост с пролетами в 30 метров был построен в 1779 году в Великобритании на реке Северн. Стальной прокат, стальные кабели и тросы, бетон и напряженный бетон окончательно закрыли тему древесины, как материала для мостов. Да, изготовить из древесины сборный балочный, арочный мост, мост с вантовой несущей системой или рамный вполне возможно. Но особых причин для использования древесины, если речь идет о типовых современных транспортных сооружениях, нет.

А как с не типовыми? Оказалось, что из современных пиломатериалов (согласно отечественным нормативам деревянные мосты строят из сосны, ели, лиственницы, а наиболее ответственные детали таких мостов изготавливают из твердых лиственных пород — дуба, ясеня и проч.), а еще лучше из клееных и композитных деревоматериалов, мост в некоторых случаях получается и лучше, и даже долговечнее (при заданных расходах на строительство, ремонтные и регламентные работы), чем из обычных для современного мостостроения металла и бетона. Деревянный мост из современных материалов, покрытых защитными составами, с износостойким настилом — уместное решение для обеспечения пешеходного или велосипедного движения, если предполагаемый срок его эксплуатации 50-100 лет. Такой мост хорошо вписывается в городскую среду, особенно если она сохранят традиционные черты «старого» города. Является наилучшим выбором при оформлении функционального ландшафта вокруг исторических объектов: крепостей, замков, каналов, мельниц и проч.

Еще с древности человек для перехода через ручьи, речки, овраги пользовался мостами примитивных типов. Ствол дерева, перекинутый с берега на берег, являлся простейшим видом балочного моста. Сплетенный из ветвей деревьев висячий переход через более широкое препятствие – это примитивный тип висячего моста.

С развитием цивилизации конструкции мостов становились все более совершенными, все более различаясь по своему функциональному назначению. Однако древесина, как и прежде, остается самым распространенным материалом для изготовления мостов несложной конструкции. Для самостоятельного же изготовления небольших мостиков древесина тем более незаменимый материал, т. к. она довольно легко поддается ручной и механической обработке, и соединение между собой частей деревянных конструкций не представляет особого труда.

Материал для строительства моста

При строительстве деревянных мостов преимущественное применение находит древесина хвойных пород, в первую очередь сосна, т. к. она обладает наиболее прямым и ровным по толщине стволом, менее сучковата, обладает хорошими физико-механическими свойствами и высокой устойчивостью к загниванию.

Для строительства деревянных мостов требуется как круглый, так и пиленый лес различных сечений. Применяемый для этого сортамент древесины имеет следующие названия:

• Бревно – круглый лес, очищенный от сучьев и коры, имеющий естественную толщину ствола дерева в тонкой части не менее 12 см, длиной от 4,0 до 9,0 м;
• Подтоварник – круглый лес диаметром от 8,0 до 12,0 см в верхнем конце;
• Жерди – толщина от 4,0 до 7,0 см;
• Пластины (распил) – это бревна, распиленные по оси на две половины;
• Четвертины – бревно, распиленное двумя продольными пропилами на 4 части;
• Лежень – бревно, отесанное на два канта;
• Брус – бревно, отесанное на 4 канта;
• Доски – пиломатериал, ширина которого превышает толщину более чем в 2 раза;
• Брусок – пиломатериал, ширина которого не более двойной его толщины;
• Горбыль (обапол) – неполная пластина, получаемая как отход при распиловке бревна на доски и брусья.

Балочный мост

Простейшим типом деревянных мостов являются балочные мосты . Они устраиваются для перекрытия незначительных пролетов, не превышающих 8–10 метров. Основными элементами балочного моста являются опоры и пролетные строения в виде балок (прогонов), перекрывающие расстояние между опорами. Поверх прогонов укладывают проезжую часть моста, которая служит для принятия подвижной нагрузки.

Таким образом, главным несущим элементом таких мостов являются прогоны, поддерживающие проезжую часть моста и работающие под действием постоянной или временной нагрузки на изгиб, как балки. Поэтому такие мосты и называются «балочными». Конструкция балочных мостов может быть различной и зависит от размера перекрываемых пролетов, нагрузки, интенсивности движения по мосту.

Рассмотрим устройство простейших балочных мостов. Мосты, изображенные на рисунках 1, 2, предназначены для пешеходного движения и проезда легкового транспорта через небольшие препятствия.

Строительство мостика через овраг шириной 5 м, показанного на рис. 1, начинается с разбивки и определения продольной оси моста и расположения лежней (см. рис. 5). Разбивка производится примитивным способом с помощью специального шаблона. Шаблон делается из остроганных и связанных в виде прямоугольного треугольника досок и необходим для разбивки прямых углов. Размер треугольника 1,5х2,0х2,5 м.

Намечается продольная ось моста путем вешения (установка вешек) и забивки колышков. Отмечается ширина моста, равная 3,0 метрам (по 1,5 м от продольной оси). По этим линиям будут проложены прогоны моста. Лежни располагаются на расстоянии 2,7 м от поперечной оси моста.

Перед укладкой лежней по обеим сторонам перекрываемого пролета выбирается грунт, который укрепляется утрамбованным щебнем. Затем для предохранения от проседания и загнивания лежня производится подсыпка щебнем или гравием толщиной 40–50 см. Поверхность грунта срезается с уклоном не менее 1:20 для стока просачивающейся сквозь щебень воды (см. рис. 6).

На подсыпку укладываются лежни, выполненные из бревен диаметром 30–32 мм, отесанных на два канта, длиной 4 м. Для предотвращения сдвига лежень укрепляют кольями, которые забивают по обе его стороны.

Прогоны моста из отесанных на два канта бревен диаметром 30 см, длиной 6 м укладываются на лежни по ранее размеченным линиям. Концы прогонов защищаются от загнивания просмоленной доской. Поверх прогонов укладывается сплошной настил из пластин, изготовленных из бревен диаметром 28–30 см. Пластины неподвижно укрепляются на прогонах прижимными бревнами диаметром 24 см, пришитыми заершенными гвоздями. Прижимные бревна служат для предохранения от падения с моста автомобилей и называются колесоотбойными брусьями.

Мост на опорах из свай

В случае необходимости пропуска по мосту более тяжелых грузов или проезда через небольшую реку или ручей приходится выполнять мосты на опорах из свай.

Строительство моста шириной 5,5 м с расчетным пролетом 4,25 м, показанного на рис. 3 и 4, также начинается с разбивки (см. рис. 5). При помощи шаблона намечается продольная ось моста, на ней отмечают середину и размечают колышками положение опор, состоящих из свай, соединенных насадкой.

Первым этапом постройки моста является возведение свайных опор . Забивка свай для простейшего типа мостика, каким является сооружаемый нами мост, может выполняться ручной бабой с простых подмостей на козлах, бочках, ящиках, если свая забивается на сухом месте. Если же сваи нужно забить в воду, работа производится с лодок или плотов.

Сваи выполняются из бревен диаметром 30–32 см. Центральные забиваются по намеченной продольной оси моста (пролетное расстояние 4,25 м). По обе стороны от них забивается еще по свае на расстоянии 1,8 м. Глубина забивки сваи в грунт не должна быть меньше 3–3,5 м. Нижнюю часть свай следует обработать любым антисептическим составом для предохранения от загнивания. По окончании забивки свай производится обрезка и обделка их концов.

Концы свай должны быть обрезаны на одном уровне с запасом на осадку в 2–3 см. Сверху свай необходимо вырубить шипы, которые потом войдут в гнезда, выбранные в насадке, соединяющей сваи. Размеры сторон шипа равняются 1/3 диаметра свай, высота шипа равна его стороне, заплечики свай скашиваются, для того чтобы в них не застаивалась вода. Насадка выполняется из бревен диаметром 30–32 см, длиной 5,5 м. В насадках вырубаются гнезда, глубина которых должна быть на 0,5–1 см больше высоты шипов свай, чтобы давление от насадки передавалось не через шип, а через всю площадь соприкосновения насадки со сваей (подробнее см. ).

Гнезда в насадках должны быть пригнаны к шипам соответствующих свай. Для этого разметку каждой насадки следует делать отдельно, применительно к шипам того ряда свай, на которые насадка будет надета. Иногда насадку скрепляют со сваями еще и хомутами из полосового железа. Хомуты обхватывают насадку и крепятся к свае болтами.

На насадки накладываются прогоны диаметром 30 см, длиной 5,5 м, расположенные над осями свай. Прогоны выполняются диаметром 26 см. В местах опирания в насадках и прогонах делаются вырубки. Вырубки в прогонах следует выполнить еще на берегу, стараясь произвести их разметку максимально точно.

Насыпь, примыкающая к мосту, поддерживается заборными стенками из наката диаметром 24 см, который пришивается к предварительно забитым коротким сваям (глубина забивки 1,5 м). Поверх прогонов укладывается настил из пластин размером 26 см. При желании можно поверх пластин, в пределах ширины проезда, пришить гвоздями верхний настил из досок любого размера, расположенных вдоль моста. Это делается для того, чтобы доски распределяли давление от перемещающейся по мосту нагрузки на несколько пластин.

По краям проезжей части на расстоянии 3,5 м укладываются отбойные брусья из пластин, обращенных плоской стороной к проезжей части, которые пришиваются заершенными гвоздями.

Данная конструкция моста предусматривает создание пешеходной зоны (тротуаров), огражденной по краю моста перилами. Тротуаром в данном случае будет являться расстояние между обращенной к проезжей части стороной отбойного бруса и перилами. Его размеры не должны быть меньше 0,5 м. Перила моста, высотой 1 м, состоят из поручня, укрепленного на перильных стойках с помощью шипов. Размеры шипов и пазов равны 5х5 см, глубиной также 5 см.

Стойки и перила выполняются из бруска размером 14х14 см. Нижними концами они опираются на выпущенные концы поперечин с помощью врубки в полдерева (подробнее см. ) и фиксируются болтами. Расстояние между перильными стойками 2–2,5 м. К перильным стойкам (по высоте) заподлицо пришивается одна или две рейки (размером 5х8 см), образующие перильное заполнение, необходимое для безопасности пешеходов. На концах моста перила примыкают к наклонно вкопанным в землю столбам-надолбам диаметром 26 см, служащим для предохранения перил от ударов въезжающих на мост автомобилей.

Постройка мостов на Руси началась очень давно. Древнейшие из них благодаря обилию лесов рубились из дерева. Первыми мостами служили просто переброшенные с берега на берег деревья (рис. 209). По мере роста и усиления Киевского государства и роста городов в конце X века совершенствовалось и строительное искусство.

Необычайное мастерство русских плотников обращало на себя внимание иностранных путешественников. Жан Соваж Диепский, побывавший на Руси, отмечает: «Ограда Архангельска составляет замок, сооруженный из бревен заостренных и перекрестных; постройка его из бревен превосходна; нет ни гвоздей, ни крючьев, но все так хорошо отделано, что нечего похулить, хотя у строителей русских все орудия состоят в одних топорах; но ни один архитектор не сделает лучше, как они делали».

Своим мастерством «древоделей» издавна славились новгородцы, о художественном вкусе и уменье которых свидетельствуют сохранившиеся на севере образцы замечательного мастерства их преемников. Знаменитый мост через реку Волхов — место решения распрей новгородцев (рис. 210) — имел опоры в виде срубов, городней с верхней сквозной частью. На нее опирался бревенчатый настил (рис. 211) полотна.

Пролет, примыкающий к городской стене, обычно делался подъемным и назывался возводным мостом. Первое летописное указание об устройстве подъемных мостов относится к 1229 году. Подъемный механизм их состоял из коромысла, вращающегося между столбами (жеравцами), и цепей.

Овраги и небольшие реки перекрывались нередко двойным или тройным рядом сквозных бревенчатых стен — заборов, связанных поперечными рядами бревен (рис. 212).

Такая конструкция существовала еще в конце XVIII века на Архангелогородском тракте, которую и отражают приведенные чертежи. На меженнем русле для свободного прохода воды оставались отверстия, часто на полную высоту забора, причем получался мост, устои которого представляли двух- или трехрядную сквозную стенку. Весенние воды проходили в долевые горизонтальные щели между смежными рядами бревен. Следующей ступенью были мосты с ряжевыми опорами из сплошных стенок, которые заполнялись камнем или землей. Один из сохранившихся мостов подобного тина дан на рис. 213, 214 . Он расположен на р. Кене у деревни Овчинконец (Федоровское). Для сокращения пролета из ряжа выпускались коротыши в виде консолей. Сохранился один из мостов с такими выпусками (рис. 215) на Кавказе по Сухумской дороге.

Татарское нашествие задержало развитие русского инженерного искусства и в частности строительства мостов.

Исключением являлись только Новгород и Псков, не затронутые непосредственно нашествием татарских орд. В XV-XVI веках особенно славились на Руси псковские розмыслы , работавшие и в других городах.

В период усиления Московского княжества, во время процесса объединения русского государства возрождается и строительство мостов.

Примечания

1. В Новгородской летописи говорится в одном месте: «Тоя же осени (1335 г.) внесе лед и снег в Волхов и вышебе городень великого мосту».

2. Мост обмерен в 1946 году арх. Ополовниковым н Забелло, которым и принадлежат приведенные чертежи. Построенная в 1528 году Невежей Псковитяниным плотина через Волхов в Новгороде была как раз такого типа с ряжами, забросанными камнем.

3. Строителей в то время называли «розмыслами», «палатными мастерами», «городовыми смышленниками» и т. д.

Виды деревянных мостов (тирольская классификация)

Основные балки из древесины располагаются под настилом моста и таким образом защищены от атмосферного воздействия. Для обеспечения максимальной защиты финишное покрытие моста делается под уклоном, с применением защитной мембраны или металлического покрытия. В качестве покрытия моста можно использовать настил из древесины или слой асфальтобетона. Ограждение устанавливается выше мостовой конструкции. Пролет обычно до 25 м.

Мост неподалеку от Лютерна (Швейцария, 2010 год) был построен на месте железобетонного моста, возведенного еще в 1933 году. Предпочтение древесине при строительстве моста отдали по экономическим соображениям. Конструкции моста выполнены из клееного бруса GL24, GL28+LVL. Общая нагрузка сооружения — 40 т. Вертикальную нагрузку несут клееные BSH-балки в продольной оси с учетом разгонных и тормозных воздействий. В поперечном направлении — стальные балки, расположенные в двух осях. Верхнее строение дорожного пути моста представляет собой деревянную конструкцию, которая закрыта по бокам защитной бетонной оболочкой с перилами ограждения.

В поперечном сечении опорная часть конструкции моста состоит из шести панелей, склеенных в блоки, и пяти слоев широкоформатных панелей LVL Kerto (2 продольных толщиной 66 мм и 3 продольно­-поперечных — 36 мм), которые приклеены к статическому носителю BSH. Листы LVL несут нагрузки в продольном и поперечном направлениях.

Для сведения к минимуму изменений вертикальной высоты из­-за усадки, расширения и сжатия деревянного основания оно опирается на амортизационные стальные подушки, закрепленные фиксирующими винтовыми стержнями к BSH-носителям. Краевые элементы, граничные ограждения выполнены из монолитного бетона и служат ограждением асфальтового покрытия, защищающего деревянные конструкции, и в качестве крепления перил.

Коробчато-балочный деревянный мост

Несущая мостовая конструкция моста представляет собой блок клееных балок в виде полого короба. Достоинство такой конструкции — экономичность строительства: короб поступает на стройплощадку в готовом виде. Кроме того, в его пустотах можно разместить различные дополнительные коммуникации. Несущая конструкция оптимально работает с использованием толстого слоя литого асфальта или металлическим защитным просечно-вытяжным листом. Поручень устанавливается по основной опоре с боковых сторон с обшивкой из палубной доски. Пролет может быть до 35 м.

Мосты-близнецы в г. Снек (Нидерланды, 2008-2010 годы). В этом городе развит рыболовецкий промысел, он и подсказал архитектору Хансу Ахтербошу идею конструкции мостов: они напоминают перевернутые рыбацкие лодки. Через Снек проходит автострада A7, которая соединяет Голландию с Германией. Именно по этой трассе в начале и конце города и были построены эти мосты. В качестве основного строительного материала использовали деревянные балки из высокотехнологичного ацетилированного древесного материала аккойя, так как он оказался весьма долговечным. Дело в том, что по законам Нидерландов не разрешается строить мосты со сроком эксплуатации менее 80 лет. Были проведены исследования, которые показали, что стальной мост прослужил бы 55 лет, мост из древесины азобе — 45 лет. А вот конструкции из аккойи будут служить не менее 80 лет. На постройку одного моста ушло 1200 м 3 древесины. У мостов две полосы автомобильного движения и одна велосипедная (пешеходная) дорожка.

Вогнутый мост (корыто)

Мост Моисея, Голландия

Основные несущие элементы этой конструкции расположены на уровне перил. Чтобы защитить от атмосферных воздействий основную несущую конструкцию, ее верхнюю сторону покрывают оцинкованным или цинк-титановым листом. U­-образная конструкция в поперечине соединяется со стальным каркасом, расположенным снизу. Шаг между стальными рамами поперечины — примерно 2,5 м. Палуба может быть открытой или покрытой слоем асфальтовых материалов. Перила из стального полого профиля крепятся скобками к поперечной раме. Пролет может быть до 35 м.

Мост Моисея (Голландия, 2011 год) был возведен в ходе реконструкции форта Де Роовер, который был построен в XVII столетии как часть Брабантской линии сооружений, охраняющей Голландию от вторжений со стороны Франции и Испании. Перед проектировщиками была поставлена задача: перебросить через крепостной ров мост для туристов, сделав его, по сути, невидимым. Реализовывали эту задачу специалисты архитектурного бюро RO&AD. Идею архитекторы взяли из Библии, а именно из книги Исход, которая рассказывает о том, как пророк Моисей заставил воды Красного моря расступиться перед евреями. Чтобы мост не затапливался в дождливое время, на обеих сторонах рва соорудили дополнительные валы, которые отводят лишнюю воду. Таким образом, уровень воды во рве остается неизменным. Мост Моисея построен из древесины аккойя, прошедшей ацетилирование в сочетании с инновационными технологиями обработки лесоматериалов, и красного ангелима. Благодаря таким инновациям срок службы моста в воде составляет около 50 лет. Площадь сооружения — 50 м 2 , а обошлось это чудо архитектуры в 250 тыс. евро. Союз голландских архитекторов присвоил Мосту Моисея титул «Лучшее сооружение 2011 года».

Висячий мост

Несущая конструкция — это две балки, каждая из которых состоит из двух деревянных диагональных и горизонтальных ферм с нижней затяжкой. В качестве материала для строительства используется клееный брус. Поскольку опорная конструкция находится на уровне перил и ниже, палуба опирается на нижние хорды. В качестве дополнительного армирования может быть использована U-образная стальная рама. Чтобы защитить древесину, в местах опирания применяют оцинкованное или цинк-титановое покрытие. Настил — доска или слой асфальтового покрытия. Перила монтируются с упорами на боковых фермах ниже уровня верхней поверхности настила. Пролет может быть до 30 м.

Мост в Нахабино

Мост в Нахабино (Россия, 2001 год). Висячий пешеходный мост длиной 29 м с жесткими нитями построен через р. Нахабинка у Волоколамского шоссе. Схема строения — традиционная для мостов с металлическими вантами, но все конструктивные элементы (пилоны, оттяжки, жесткие нити, балки жесткости) выполнены из клееной древесины. Мост трехпролетный: 4 + 20 + 4 м, шириной 3,5 м. Крайние пролеты из-за отсутствия необходимости в подвесках устроены с прямолинейными деревянными оттяжками. Средний пролет на стальных подвесках через каждые 3 м подвешен к растянуто­-изгибаемым неразрезным жестким нитям. Стрела подъема гнутоклееных нитей составляет около 4 м при радиусе изгиба 15 м. Это позволило изготовить и перевезти элементы целиком, без стыков по длине. Балки жесткости пролетного строения также неразрезные, со строительным подъемом в середине пролета.

Деревянные пилоны из клееной древесины служат опорами для оттяжек и нижних нитей, которые шарнирно присоединены к верхнему ригелю пилона. Нижний ригель обеспечивает его жесткость.

Оттяжки и жесткие нити по концам оснащены стальными проушинами, приваренными к закладным деталям на верхних и нижних гранях каждого деревянного элемента. Анкеровка закладных деталей в древесине вант осуществлена на вклеенных V-образных анкерах по системе ЦНИИСК. Гнутоклееные жесткие нити, кроме того, снабжались проушинами по нижним граням на вклеенных V-образных анкерах для крепления стальных подвесок в пролете. Все операции по устройству закладных деталей по концам и в пролете всех вант выполнялись в заводских условиях. Конструкции доставлялись к месту монтажа в готовом виде, включая защитную отделку.

У балок жесткости пролетного строения имелись проушины на вклеенных анкерах для крепления подвесок. В средней части пролета балки жесткости и жесткие нити соединялись непосредственно на болтах. Опирание балок на железобетонные фундаменты выполнено традиционно — с помощью цилиндрических шарниров на вклеенных стержнях и противоветровых шайб, приваренных на монтаже к закладным деталям железобетонных ростверков.

Интерес представляют узлы крепления крайних оттяжек к балкам жесткости на опорах. Поскольку все основные элементы моста поставлялись в готовом виде и не допускали рихтовки, а сборные пилоны также представляли собой жесткую конструкцию, компенсация допусков при сборке моста осуществлялась в крайних опорных узлах. С этой целью закладные пластины на верхних гранях балок жесткости выполнялись с учетом возможных неточностей сборки и анкерились наклонно вклеенными стержнями в направлении деревянных оттяжек. Крепление оттяжек в опорных узлах выполнялось в последнюю очередь, путем сварки проушин, принадлежащих оттяжкам, по месту к закладным деталям балок жесткости. Окончательное натяжение и рихтовка вантовой системы осуществлялись муфтами на подвесках с контролем усилий в них.

Диск жесткости в горизонтальной плоскости устроен по балкам жесткости, распоркам между ними через 3-4 м, неразрезными прогонами в продольном направлении и настилом.

Арочный мост

Несущими конструкциями являются арки или своды, изготовленные из деревянных ламелей, связанных вместе. Устанавливаются на дорогах, где имеется значительный уклон рельефа. Поскольку опорная конструкция находится выше уровня перил, перекрытие устанавливается на нижних затяжках. U-образный стальной каркас придает жесткость. Древесина покрывается цинк­-титановыми крышками из листового металла. Перекрытие может быть как открытым, так и покрытым асфальтом. Перила установлены с внутренней стороны, между верхней аркой и затяжкой. Пролет может быть до 50 м.

Пешеходный мост Леонардо, Норвегия

Пешеходный мост Леонардо (Норвегия, 2001 год) построен через автотрассу Е­-18, связывающую Осло и Стокгольм, вблизи местечка Аас. В 1502 году Леонардо да Винчи разработал для турецкого султана Баязета II проект каменного моста через бухту Золотой Рог общей длиной 360 м, с одним арочным пролетом длиной 240 м. Султан счел проект «ненаучной фантастикой», и он был надолго забыт. Спустя 500 лет норвежский художник Вебьорн Санд увидел небольшой рисунок и модель этого моста на выставке, посвященной архитектурным и дизайнерским работам Леонардо да Винчи. Санд был настолько впечатлен этим проектом, что стал инициировать создание моста Леонардо. Сооружение состоит из трех несущих арок, широких в основании и тонких в месте соединения с полотном перехода. Мост изготовлен по уникальной технологии «слоистой древесины» из особым образом клееной норвежской сосны. Длина сооружения — 110 м, ширина — 3 м. Три крепких арки, сделанные из клееной древесины, простираются над дорогой и, поддерживая друг друга, служат опорой для четвертой — пешеходного полотна. Сам мост был изготовлен на заводе, а затем собран на строительной площадке, причем всего за несколько дней.

Кабельно-вантовый мост

Роль основной несущей конструкции выполняет вантовая ферма, выполненная из прямолинейных стальных канатов. Ванты прикреплены к пилонам, монтируемым непосредственно на опорах. Пилоны располагаются в основном вертикально, но не исключено и наклонное расположение. К вантам крепится балка жесткости, на которой располагается мостовое полотно. Пролет может быть до 70 м.

Пешеходный мост в Анкалии, Грузия

Деревянный пешеходный мост в Анкалии (Грузия, 2012 год). Это самый длинный деревянный мост в Европе: 505 м. Изначально он задумывался как вантовый из стальной конструкции, но из экономических соображений строить его решили из древесных материалов.

Несущая конструкция моста представляет собой триангулированную ферму — пространственную каркасную конструкцию, состоящую из двух рядов диагональных балок, которые расположены под углом 45° к горизонтальной панельной конструкции. Панельная же конструкция состоит из ригелей и панели LVL. Клееные ригели соединены с помощью обычных перфорированных пластин и болтовых соединителей. В качестве соединителей балок и укосин использованы шурупы, а панель LVL закреплена на верхнем поясе с помощью гвоздевой машины. Боковые стороны фермы плакированы прозрачным поликарбонатом, что сделало конструкцию видимой.

Все остальные соединители фермы состоят из стандартных пластинчатых стальных соединительных разъемов и снабжены дополненными фиксирующими болтовыми соединениями. Кабели подвешиваются из центральной стальной мачты, расположенной на бетонном основании. Остальные части мостовой конструкции опираются на бетонные пилоны.

В проектировании и строительстве моста принимали участие несколько компаний из США, Германии и Чехии.

Мост-ферма

Верхние и нижние затяжки и связи выполнены из дерева. Для горизонтальных связей используются стальные диагонали. Отдельные компоненты соединяются между собой с помощью перфорированных пластин и болтов. Кровля защищает древесину. Листовые материалы, плитка или деревянная черепица используются в качестве кровельного материала. Покрытие — асфальтовое или в виде открытых настилов. Перила устанавливаются со стороны ферм. Пролет может быть до 70 м.

Мост через р. Вихантасалми, Финляндия

Мост через р. Вихантасалми (Финляндия, 1999 год) в муниципалитете Мянтухарью, на магистрали № 5 считается одним из самых широких автодорожных мостов в мире. Сооружение заменило старый стальной мост.

Конструкция моста представляет собой одностоечную ферму с металлическими соединениями. Для проезжей части использованы составные деревянные, бетонные и стальные конструкции. Мост состоит из пяти пролетов. Шаги пролетов: 21 + 42 + 42 + 42 + 21 м. Длина пролета этого моста вдвое превышает длину пролетов самых длинных деревянных дорожных мостов, строившихся в Финляндии до этого. Ширина проезжей части — 11 м, тротуара и велосипедной дорожки — 3,0 м. Общая длина моста — 182 м.

В проекте были использованы традиционные инженерные решения, но размеры объекта делали задачу крайне сложной. Расстояние от поверхности озера до самой высокой точки моста составляет около 31 м.
По площади рабочей поверхности это крупнейший деревянный мост в мире, построенный на шоссе.

Это сооружение было награждено премией Wood Award в 2000 году.

Жесткая рама-мост

Несущая плита образована из единого клееного блока или отдельных клееных балок, имеющих дополнительное опирание на промежуточные наклонные опоры в нижней части основной конструкции. По форме рамы могут быть Т­-образными, П­-образными, а также иметь две наклонные стойки и консольные свесы. Достоинства этой конструкции в уменьшении поперечного сечения и равномерном распределении статической нагрузки. Несущая конструкция оптимально защищена асфальтовым покрытием или металлическими просечно­-вытяжными листами. Перила устанавливаются по обе стороны основной балки. Пролет может быть до 40 м.

Преднапряженный мост

Настоящей революцией в массовом деревянном мостостроении стало появление технологии механического поперечного соединения бруса из массива (досок из обычного пиломатериала) или клееных балок. Концепция предварительно напряженных мостов впервые была разработана в Канаде в середине 1970­-х годов.

Напряжение задается стальными стержнями, которые формируют основу системы поддержки. Метод устройства несущей части мостовой конструкции (палубы), когда она выполняется из отдельных клееных балок или блоков клееных ламелей, позволяет, во­-первых, создавать палубы как блочного типа, так и Т­-образные или коробчатые, а во­-вторых, применять разнообразные статические схемы от балочного однопролетного до многокилометровых мостовых конструкций. Оптимальной защитой несущей конструкции является асфальтовое покрытие, просечно­-вытяжные листы или композитные износостойкие материалы. Перила устанавливаются по сторонам пролетного строения. Пролет может быть до 70 м.

Законы физики нам не писаны

Что касается норм и правил строительства деревянных мостов, то в нашей стране до сих пор руководствуются нормативами, разработанными в 1950-е годы.

«Например, дорожники требуют, чтобы ограждения мостов были выполнены из металла, хотя и в Европе, и в Америке уже давно доказали, что деревянные ограждения более безопасны, — говорит директор ООО HolzProektBuro Евгений Крупин. — Сейчас даже на гоночных трассах ограждения делают из дерева. Если сравнивать наши нормативы с европейскими, то за рубежом они намного жестче. Там столько нюансов учитывается, о которых у нас ни слова. Один из таких нюансов — волновой фактор. То есть при конструировании моста рассчитывают не только нагрузку, но и то, как будут вести себя элементы сооружения во время движения авто. Колесные пары образуют волну, двигаясь вперед, автомобиль гонит эту волну, прогибая поверхность моста. Динамические нагрузки возникают не только в элементах несущей конструкции моста, но и в полотне мостовой конструкции. Этот фактор учитывают при выполнении расчетов. Есть специальные компьютерные программы, которые помогают смоделировать ситуацию. Но нам, увы, законы физики не писаны. »

Какими должны быть деревянные мосты на автомобильных дорогах, прописано в СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы», их сооружение регламентируется СНиП 3.06.04­-91 и СНиП 3.03.01­-84. Если кратко, то требования такие. На дорогах общего пользования, дорогах сельскохозяйственных предприятий, кроме мостов дорог V категории, класс нагрузки принимают А 11 и НК­-80, на дорогах V категории и внутрихозяйственных дорогах (II с и III с) категорий А 8 и НГ-60.

В балочных мостах простейших систем, как правило, принимают пролеты длиной до 8 м. Мосты с пролетами до 6 м обычно строят с однорядными прогонами, а с пролетами 7-8 м — с двухрядными. Расчетная длина пролета составляет 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 7,0; 8,0 м.

Согласно требованиям СНиП 2.05.03­-84, растянутые изгибаемые элементы пролетных строений должны выполняться из древесины 1­-го сорта, остальные элементы конструкций мостов могут быть из древесины 2­-го сорта. Влажность применяемой древесины должна быть: бревен — не выше 25%, пиломатериалов — не выше 20%. Влажность древесины для свай не ограничивается. Минимальный размер поперечного сечения брусьев принимают 16 см, бревен в тонком конце — 18 см; толщина доски должна быть не менее 4 см. Диаметр свай в тонком конце — 22 см, диаметр гвоздей — 0,4 см. Бревна диаметром 18 см (в тонком конце) допускается использовать только для настила проезжей части, связей, схваток. Глубина врубок и врезок в соединениях должна быть не менее: 2 см — в брусьях (окантованных бревнах), 3 см — в бревнах; 1/5 толщины бруса — в брусьях, 1/4 диаметра бревна — в бревнах, 1/3 толщины элемента — в опорных частях.

Подготовлено по материалам ООО HolzProektBuro

Деревянные мосты

Деревянные мосты — это искусственные сооружения, в которых основные несущие элементы целиком или в основном состоят из деревянных элементов.

Деревянный арочный мост

Список деревянных мостов

1. Пешеходный мост (Essing Bridge)
2. Пешеходный деревянный мост (Aubrugg wooden Bridge)

Материалы деревянных пешеходных мостов

Дерево представляет собой хороший и широко распространенный строительный материал. Благодаря малому объемному весу, легкости обра­ботки, простоте сопряжения отдельных частей и возможности изготовления конструкций без сложного оборудования, дерево с успехом применяется для постройки мостов. Дерево — местный материал, который может быть быстро заготовлен и обработан. Поэтому дерево часто оказывается материалом, позволяющим построить пешеходный мост дешево и в короткий срок.

По своей прочности дерево уступает более совершенным строитель­ным материалам, таким, например, как сталь, но все же вполне пригодно для возведения довольно ответственных конструкций. В пешеходных мостах дерево может быть применено для перекрытия пролетов, достигающих 40-50 м. Использование дерева для более крупных пролетов, хотя и воз­можно, но сопряжено с определенными конструктивными трудностями и поэтому бывает целесообразным лишь в отдельных случаях.

Кроме лесоматериала, для постройки деревянных мостов требуется также и металл. Он необходим для скрепляющих элементов (болты, гвоз­ди, скобы, хомуты, накладки) или также и дня отдельных элементов ос­новной несущей конструкции деревянных пролетных строений. Обычно потребность в металле для конструкций деревянных мостов невелика. Существенный недостаток дерева как материала мостов — опас­ность загнивания и возгорания. Загнивание дерева в мостах легко возни­кает в случае применения для строительства недостаточно хорошего леса (сырого, зараженного дереворазрушающим грибком), а также при не­удовлетворительном содержании конструкции в период эксплуатации моста.

При правильном возведении и надлежащей эксплуатации срок службы деревянных мостов обычно составляет не меньше 12—15 лет. Если предусмотрены меры по защите от воздействия влаги и применена обработка лесоматериала противогнилостными веществами (антисептиками), то срок службы деревянных мостов может достигать 25 — 30 лет и больше.

Лесоматериал

В природных условиях ствол дерева работает на сжатие с продольным изгибом, а также на поперечный изгиб. Поэтому ле­соматериал наиболее приспособлен к этим видам силовых воздействий и лучше всего воспринимает их при работе в конструкциях. Существенная особенность дерева — это неоднородность строения, зависящая от условий его роста и развития.

Строительные качества дерева могут быть очень неодинаковыми не только для разных стволов, но даже и для од­ного и того же ствола на различных его участках. С увеличением возраста дерева, а следовательно, и диаметра ствола прочность древесины в целом увеличивается. По толщине ствола наименьшую прочность имеет сердцевинная часть; ближе к поверхности ствола — заболони прочность древесины воз­растает. Некоторое понижение прочности часто наблюдается в слоях, ближайших к коре. Механические качества дерева неодинаковы и в различных направлениях по отношению к направлению его волокон.

Суще­ственное влияние на механические качества древесины могут оказывать отдельные неправильности в развитии дерева, нарушающие его струк­туру. В конструкциях мостов применяют круглый и пиленый лес различ­ных сечений. Пиленый лес получается продольной распиловкой бревен и разделя­ется на доски (при толщине до 10 см ш отношении ширины к толщине бо­лее двух), бруски (при толщине до 10 см и отношении ширины к толщине
не более двух) и брусья (при толщине более 10 см).

Нормальная длина пиленого лесоматериала не должна превышать 9,5 м. Дерево может применяться в строительстве также и в виде строи­тельной фанеры, состоящей из нескольких склеенных между собой тонких слоев (шпонов) древесины. Для мостов возможно применение только водостойкой бакелизированной фанеры, изготовленной на водоустойчивых фе­нолформальдегидных клеях.

Наиболее устойчивые характеристики механических свойств дерева, меньше всего зависящие от случайных влияний неоднородности его строе­ния, — это пределы прочности древесины на сжатие и изгиб. Поэтому для выяснения механических качеств дерева обычно пользуются испытанием деревянных призм на сжатие и брусочков на поперечный изгиб. Пределы прочности (нормативные сопротивления) древесины сосны, полученные испытанием малых стандартных образцов при влажности их 15%, должны быть не меньше:

Свежесрубленная древесина хвойных пород имеет объемный вес около 850 кгс/м³, а твердых лиственных пород — до 1000 кгс/м³. Для мос­тов, в которых древесина подвергается действию атмосферной влаги, объем­ный вес при расчетах можно принимать равным:

Качество конструкции деревянного моста в большой степени зависит от влажности примененного лесоматериала Процент влажности W дре­весины выражается формулой: W=100·(Q1-Q)/Q

• Q1 — масса исследуемого образца древесины;
• Q — масса образца после высушивания его при температуре 100° С до постоянной массы.

В свежесрубленном дереве обычно содержится от 50 до 70% влаги по массе.

С увеличением влажности понижается прочность древесины. Кроме то­го, применение сырого леса при строительстве моста приводит к по­следующей его усушке и, как следствие, к растрескиванию и короблению элементов, расстройству сопряжений, появлению щелей и неплотностей.

Поэтому для пешеходных мостов следует применять древесину с влажно­стью не более 25%, называемую полусухой. Влажность древесины пи­ломатериалов не должна превышать 20%. Для дощатых ферм, мелких де­талей (шпонок, колодок и др.) надо применять лес с влажностью не больше 15% (воздушно-сухая древесина).

Материалы клееных и клеефанерных конструкций пешеходных мостов

В современных конструкциях пешеходных мостов наибольшее рас­пространение получили клееные и клеефанерные балки. Соединение деревянных элементов клеями имеет ту особенность, что позволяет образовывать из обычных пиломатериалов (досок, брусков) конструктивные элементы различного поперечного сечения, работающие в сооружении в качестве стержней, балок, арок заданной прочности и же­сткости. В клееных элементах можно использовать и бакелизированную фанеру, обладающую большой прочностью, водостойкостью и био­стойкостью.

Составленные из ряда склеенных между собой деревянных элементов многослойные клееные стержни и балки получаются более прочными, чем обычный деревянный брус тех же размеров. Это объясняется тем, что при склеивании тонких пиломатериалов всегда имеющиеся пороки древесины (сучки, косослой) рассредоточиваются или могут быть уда­лены. Кроме того, в наиболее напряженных частях клееного элемента всегда можно поставить древесину отборного качества.

Благодаря применению досок и брусьев небольшого сечения, а также бакелизированной фанеры, соединяемых между собой прочным водостойким клеем, покрывающим часть их поверхностей, в клееных элемен­тах почти не возникает деформаций, связанных с усушкой и разбухани­ем древесины. Поэтому геометрические размеры и форма клееных эле­ментов остаются практически неизменными при их хранении и транс­портировании.

Это дает возможность без затруднений собирать мостовые конструкции из заранее заготовленных элементов. Прочность, надеж­ность и долговечность клееных конструкций в первую очередь зависят от качества склеивания.

Поэтому элементы клееных конструкций надо из­готавливать на деревообрабатывающих заводах, в специализированных цехах или на специально оборудованных базах, где может быть обеспечен необходимый технологический процесс склеивания. Материалом для изготовления клееных деревянных конструкций мостов служат пиленый лесоматериал, бакелизированная фанера и спе­циальные водостойкие клеи.

Лесоматериал

Для изготовления клееных конструкций применяют пиленый лесоматериал хвойных или лиственных пород, удовлетворяющий несколько повышенным требованиям по сравнению с обычными деревян­ными конструкциями в отношении допускаемых в древесине пороков. Влажность древесины, идущей для клееных конструкций, не должна превышать 15%.

Высокое качество клееных конструкций может быть получено толь­ко при условии изготовления их из пиломатериала (досок, брусьев) не­большой толщины, как правило, не больше 3-4 см. При склеивании эле­ментов под углом или с бакелизированной фанерой ограничивается и ширина досок.

Использование в клееных конструкциях досок и брусьев малого сечения позволяет уменьшить деформации и внутренние напря­жения в древесине при изменениях температурно-влажностного режима и предотвратить появление в древесине клееных конструкций усушенных трещин. Кроме того, применение элементов небольшого сечения облег­чает их просушку перед склеиванием.

Бакелизированную фанеру, применяемую в клееных кон­струкциях, изготавливают из слоев березового шпона, соединяемых между собой водостойким, обычно фенолформальдегидным (бакелито­вым), клеем. Склеивание производят под давлением и с нагревом. Для из­готовления фанеры могут быть использованы и другие породы леса, в ча­стности сосна и ель.

Однако качество фанер из хвойных пород заметно ниже. Кроме бакелизированной фанеры, промышленность изготавливает также так называемые деревослоистые пластики. От фанеры дерево­слоистые пластики отличаются более глубокой пропиткой шпонов клеем и большим давлением при склеивании.

В зависимости от назначения де­ревослоистого пластика шпоны в нем располагают волокнами в одном направлении, взаимно перпендикулярными слоями или др. Де­ревослоистые пластики представляют собой высокопрочный материал, который может быть использован для отдельных особо напряженных элементов мостовых конструкций.

Объемный вес элементов из клееной и антисептированной древесины можно принимать 700 кгс/м³, а бакелизированной фанеры — около 1100 кгс/м³. Клеи, применяемые для деревянных мостовых конструкций, долж­ны обладать способностью переходить из вязкого состояния в твердое, надежно связывая между собой соединяемые элементы. После затверде­ния клей должен иметь прочность не ниже прочности древесины на ска­лывание вдоль волокон и на растяжение поперек волокон.

Клей должен быть водостойким, морозостойким и биостойким. Долговечность клееных соединений должна соответствовать назначению и сроку службы конст­рукции. Для соединения деревянных элементов мостовых конструкций применяют синтетический клей. В России для клеевых конструкций упот­ребляют фенолформальдегидные клеи. Эти клеи состоят из двух ком­понентов — фенолформальдегидной смолы и специального отвердителя.

Кроме фенолформальдегидных, в деревянных конструкциях могут быть применены и другие виды клеев, основанные на резорциновой, эпок­сидной, полиамидных и других смолах. Для приклеивания к древесине ме­таллических элементов находят применение клеи в виде спиртового раствора или сухих клеевых пленок.

Особенности конструирования клееных элементов

При конструировании клееных элементов надо принимать все ме­ры к тому, чтобы естественные механические качества древесины были ис­пользованы наилучшим образом. Кроме того, важно следить за тем, что­бы в склеенной конструкции не могло возникать опасных для нее внут­ренних напряжений или слабых мест, вызываемых специфическими осо­бенностями клеевых соединений, а также температурно-влажностными деформациями древесины. Все элементы должны быть открытыми, хо­рошо проветриваемыми и доступными для осмотра.

В пролетных строениях из клееных конструкций надо предусмот­реть, по возможности, защиту от прямого попадания на них солнечных лучей. Для лучшего использования механических качеств древесины эле­менты клееных конструкций делают из пиломатериала малого сечения.

Как указывалось, это обеспечивает рассредоточение естественных дефек­тов древесины и дает возможность постановки лучшей древесины в наи­более напряженных частях сечения клееного элемента. Кроме того, бла­годаря перебивке годовых слоев древесины существенно уменьшается ве­роятность появления усушенных трещин.

Толщина досок и брусков, используемых для клееных конструк­ций, не должна превышать 5 см. Для ответственных несущих элементов надо применять пиломатериал толщиной до 3-4 см. Для уменьшения внутренних напряжений в клееных элементах, вы­зываемых температурно-влажностными деформациями древесины, надо следить за тем, чтобы по плоскостям склеивания не могло возникать раз­личных по величине усушенных деформаций соединяемых элементов.

Для этого надо совмещать направление волокон склеиваемых досок или брусьев, а также согласовывать направление их годовых слоев. Так, на­пример, при склеивании досок, укладываемых друг на друга, надо располагать их гак, чтобы годичные слои древесины были направлены выпук­лостью в одну сторону (рис. 2.1, а). Чередующееся расположение го­дичных слоев способствует возникновению разрывающих усилий в кле­евых швах (рис. 2.1, г) и поэтому не рекомендуется.

При склеивании досок кромками (рис. 2.1, е) для уменьшения дефор­маций от усушки и разбухания надо обеспечивать чередование годичных слоев соединяемых элементов. В клееном элементе большого сечения, об­разуемого из большого числа досок, их нужно располагать так, чтобы возможно лучше выполнить все требования (рис. 2.1, б).

Склеивать деревянные элементы, волокна которых направлены под углом друг к другу, не рекомендуется, так как большое различие усушки древесины в продольном и поперечном направлениях может приводить к растрескиванию дерева или расстройству клеевого шва. Так, например, нельзя допускать склеивание между собой клееной балки с ребром же­сткости (рис. 2.1, в).

В этом случае усушка или разбухание балки по высоте, где они происходят поперек волокон, будут значительны. Усуш­ка же или разбухание ребра жесткости, происходящие вдоль волокон, весьма малы. В результате произойдет деформация соединения, показан­ная (для случая усушки) на рис. 2.1, д.

Склеивание под углом может быть допущено только при соединении между собой досок, причем при примыкании их под углом 90° ширина досок должна быть не больше 10 см, а при угле 45° не больше 15 см.
Клеевые соединения в конструкциях пешеходных мостов надо предо­хранять от возможных воздействий, вызывающих работу клеевого шва на отрыв (растяжение).

Так, например, в двутавровых клееных балках с фанерной стенкой (клеефанерные балки) надо предотвращать возмож­ность действия сосредоточенных сил на верхние пояса во избежание от­рыва ветви пояса от стенки.
Нельзя допускать передачи клееным элементам местных усилий, мо­гущих вызвать растягивающие напряжения в швах.

Так, например, при­крепление элементов поперечных связей непосредственно к клееным балкам может вызвать отрыв нижних досок от действия усилий, передаваемых раскосами поперечных связей.

Виды элементов клееных мостов

В конструкциях автодорожных мостов клееные балки могут быть прямоугольного и двутаврового сечений, разрезные и неразрезные. Балки прямоугольного сечения проще в изготовлении, удобны для транс­портирования и хранения до монтажа. Менее вероятно и повреждение балок прямоугольного сечения.

Однако прямоугольное сечение с уве­личением пролета становится менее экономичным и уступает место дву­тавровому сечению. Ориентировочно можно считать, что прямоугольное сечение целесообразно для балок пролетом до 8-12 м, г. при больших пролетах (15-24 м) рациональнее двутавровое.

Клееные балки прямоугольного (рис. а) и двутаврового (рис,б) сечений образуют, укладывая доски плашмя и склеивая их меж­ду собой. При этом должны соблюдаться требования в отношении рас­положения волокон склеиваемых досок (см. п. 2.3). Высоту h клееных балок надо назначать от 1/10 до 1/15 их пролета. Ширина Ь прямоуголь­ных балок не должна быть меньше h/6.

В клееных двутавровых балках толщину стенки bс надо делать не менее половины ширины пояса Ь. В целях злаеличения несущей способности клееных балок крайние доски на высоту 0,15h, но не меньше двух досок сверху и снизу балки, надо под­бирать из пиломатериала с древесиной отборного качества.

Виды поперечных сечений клееных и клеефанерных балок

1. доски с древесиной отборного качества;
2. бакелизированная фанера

Клеефанерные балки в конструкциях автодорожных мостов могут быть применены для перекрытия пролетов от 10 до 30 м. Из бакелизированной фанеры в первую очередь делают вертикальную стенку балок. При небольшом пролете фанерная стенка может быть сделана одиночной (рис. в).

В большинстве случаев вертикальную стенку при­ходится делать двойной, из двух листов фанеры, расположенных с проме­жутком (рис. г, д). При двойной стенке уменьшаются касательные напряжения в ней и увеличивается площадь клеевых швов, прикрепляющих ветви поясов к листам вертикальной стенки.

Толщина фанеры в мостовых балках должна быть не меньше 10 мм. Устойчивость фанерной стенки обеспечивают постановкой ребер жесткости, которые при одиночной стенке ставят по бокам ее, а при двойной стенке обычно вклеивают в зазор между листами стенки.

Сжатый пояс клеефанерных балок можно делать из досок, склеенных по вертикальным швам (см. рис. г, д), а растянутый — из досок (рис.в, д) или же из бакелизированной фанеры, связанной со стенкой с по­мощью пршфепляющих брусков (см. рис. г). Для усиления соединения фанерного пояса со стенкой прикрепляющие бруски могут быть поставлены с обеих сторон каждого из листов стенки (рис. е). Полезно также на­клеивать на сжатый пояс сверху защитный лист фанеры (рис. ж).

Прочность растянутого дощатого пояса может быть увеличена вклеи­ванием бакелизированной фанеры между досками (рис. з) или обклеиванием пояса фанерой по кромкам досок. Чтобы клеевые швы между деревянными элементами и бакелизиро­ванной фанерой не могли разрушаться от усушки и разбухания древесины, ширина досок и брусков, приклеиваемых к фанере, не должна превышать 10-12 см.

Более высокие пояса следует делать из нескольких ярусов досок, без склеивания их в горизонтальных швах (см. рис. 2.2, ж), а с зазором 0,5-1,0 см. Стыки поясных досок и фанерных элементов делают путем сопряжения «на ус» или «зубчатым стыком». Стыки вертикальной стенки устраивают в местах установки ребер жесткости. Возможно также устройство стыков бакелизированной фанеры с перекрытием их фанерными же накладками, поставленными на клею. Совмещать стыки в поясах и стенке клеефанерных балок не рекомендуется.

В пролетных строениях пешеходных мостов больших пролетов воз­можно также применение коробчатых клеефанерных элементов. Такие эле­менты (блоки) могут иметь две или несколько вертикальных стенок, связывающих поясные фанерные листы (рис. и). Пояса и стенки соединяют между собой поясными брусками. Между вертикальными стенками устраи­вают поперечные диафрагмы.

Конструкция прохожей части пролетных строении с клееными балками может быть устроена в виде уложенных на эти балки поперечин, под­держивающих двойной дощатый настил (рис. 2.3, а). Возможно применение более совершенной конструкции проезжей части в виде клееной деревоплиты (рис 2 3 6) покрытой сверху слоем асфальтобетона или пластобетона Клее­ную дерево плиту нужно собирать из готовых блоков, изготовленных на заводе в пролетных строениях, имеющих коробчатые балки с верхним пояс­ным листом из бакелизированной фанеры, поверх него может быть приклеен защитный настил из досок толщиной 4-6 см (рис. 2.3, в).

Такой настил ра­ботает на износ, распределяет сосредоточенные давления временной нагрузки и одновременно увеличивает устойчивость и несущую способность фа­нерного верхнего пояса. Защитный настил приклеивают к фанерному поясу, располагая доски вдоль или поперек оси моста в зависимости от конст­рукции коробчатых балок пролетного строения.

Клееные сваи, составленные из склеенных между собой досок, при­меняют довольно часто. Сечение таких свай достигает 40×40 см, а длина — 20 м. Клееными делают также шпунты. Клееные сваи и шпунты хорошо выдерживают ударные воздействия при забивке, имеют сравнительно небольшую массу и достаточно долговеч­ны. Сваи склеивают из досок, ширину которых назначают так, чтобы швы между досками располагались в разбежку.

Поперечное сечение клееных свай может быть прямоугольным, двутавровым (рис. 2.3, г), прямоуголь­ным с выступами и даже полым. Можно также придавать сваям переменное по их длине сечение в соответствии с условиями работы под действием вер­тикальных и горизонтальных сил. Стыки отдельных досок по длине сваи должны быть размещены вразбежку. При этом стыки не должны располагаться так, чтобы образовывать ступеньки, направленные в одну сторону, по которым при забивке сваи может произойти скол.

Конструкция пешеходных деревянных мостов

Пролеты пешеходных мостов могут быть перекрыты клееной плитно­ребристой конструкцией. Пролетные строения такого типа целесообразно монтировать из готовых блоков заводского изготовления, соединяемых на месте в единую пространственную конструкцию.

Между ребрами в опорных сечениях блоков обычно устраивают попе­речные диафрагмы из пакетов вертикальных досок. Однако приклеивание этих диафрагм к ребрам нежелательно, так как соединение между собой элементов, волокна которых направлены взаимно перпендикулярно, может вызвать нежелательные деформации при изменениях влажности дерева.

В России дерево в качестве материала для мостовых конструкций ис­пользуется в основном в отдаленных районах Сибири и Дальнего Востока. Конструкция таких мостов, как правило, состоит из сближенных или со­средоточенных прогонов. Мосты из клееных балок являются намного более эффективными конструкциями. В качестве примера рассмотрим несколько деревянных мостов из клееных балок, построенных за рубежом.

Деревянный мост через реку Реус в Меллингене, Швейцария

В 1993 г. был построен временный мост через реку Реус в Меллинге­не, который обеспечил детям безопасную изолированную от транспорта дорогу к школе. В сентябре 1997 г. было решено заменить временный мост постоянным, и муниципальный совет предложил инженерам подготовить концептуальный проект моста для пешеходов и велосипедистов.

Место расположения и условия проектирования. В деревне Меллинген городская планировка хорошо сохранилась со средних веков, де­ревня расположена на реке Реус приблизительно в 8 км от места, где она впадает в реку Ааре. При проектировании моста была принята во вни­мание средневековая городская структура.

Проектируемый мост должен был вписаться в существующую окружающую среду и находиться в подчиненном положении по отношению к ней. Форма и конструкция должна была быть простой и понятной, то есть балка — плита прохожей части — перила. Для того, чтобы получить хорошие пропорции пролетов, было решено устроить две опоры в русловой части реки.

Продольный профиль моста был предопределен рельефом местности, проведением минимальных гидрологических расчетов (с учетом уровня паводков) и максимальным допустимым уклоном 6%. Это привело к кри­волинейному очертанию балки по фасаду моста.

Конструкция. Длина деревянного балочного моста — 58 м, ширина прохожей части — 2,5 м. Мост имеет две бетонные опоры в русловой части реки и два устоя на берегах. Разбивка на пролеты — 18+22+18 м (рис. 2.5).
Боковые секции пролетного строения имеют консольный вылет в сторону среднего пролета, а центральная секция просто опирается на них (консоль­но-навесная система).

При расчете конструкции учитывались собственный вес, снеговая и ветровая нагрузка, а также подвижная нагрузка 408 кг/м². Кроме того, предусмотрена возможность пропуска по мосту легких служебных машин.

Чтобы минимизировать давление на грунт, устои сконструированы в виде коробчатых секций. Фундамент бетонных русловых опор — на метал­лических сваях. При строительстве фундамента сначала устроили шпунто­вое ограждение вокруг основания, затем откачали воду, устроили ростверк и тело опоры. Шпунтовое ограждение было обрезано и оставлено на месте в русле реки, для защиты от размыва.

Секция моста (рис. 2.6) состоит из следующих составных частей:

• четыре деревянных (европейская ель) клееных главных балки с ши­риной 200 мм и полной высотой 633 мм
• поперечные диафрагмы из клееных деревянных плит (европейская ель) толщиной 115 мм;
• плита прохожей части из больших клееных деревянных плит (евро­пейская ель) толщиной 85 мм (ширина секции плиты — 2,44 м, длина до 14,7 м).