Основной недостаток деревянных мостов. Область применения деревянных мостов различных систем

Мост, пролетные строения к-рого выполнены из дерева. Осн. системы деревянного моста: балочная, балочно-подкосная, балочная с решетчатыми фермами, арочная и комбинированная. Д. м. широко применяются в качестве временных сооружений при постройке и восстановлении железных и особенно автомобильных дорог, а также при устройстве обходов на период стр-ва нового моста. Постоянные деревянные мосты строятся на автомобильных дорогах III, IV и V категорий, а также в городах и др. населенных пунктах.

Стр-во постоянных Д. м. на ж.-д. транспорте допускается только для линий III категории, причем с обязательным применением бал очно-эстакадных систем и конструкций, к-рые могут быть заменены капитальными сооружениями без перерыва движения поездов и без устройства обходного пути.

Стоимость стр-ва деревянных мостов обычно ниже, чем мостов из др. материалов, но эксплуатацион. расходы значительно выше, а срок службы короче (из незащищенной и непропитаннной древесины не превышает 5-10 лет).

Наиболее просты и удобны в эксплуатации балочные системы деревянных мостов, применяемые для пролетов 2-3 м на ж. д. и 8-10 м на автомобильных дорогах. В типовых проектах балочных автодорожных мостов с крестовой решеткой (т. н. фермы Гау ), дощато-нагельные и дощато-гвоздевые фермы.

Для перекрытия больших пролетов используются балочно-подкосные системы: треугольно-подкосная и двух- подкосная соответственно для пролетов 6 и 9 л в ж.-д. и 12 и 18 м в автодорожных

мостах; трапецеидально-подкосная и ригельно-подкосная для пролетов до 10-12 м и комбинированная подкосная до 18-20 м в автодорожных мостах. При длине пролета от 8 до 23 м в ж.-д. и 20-50 м в автодорожных мостах применяются пролетные строения с решетчатыми фермами, из к-рых наиболее распространены фермы пояса и раскосы из пиленого или круглого леса и вертикальные металлич. тяжи. Они бывают с ездой поверху и с ездой понизу. В последнем случае при перекрытии больших пролетов верхнему поясу придают полигональное очертание.

Слабое место в конструкции ферм с крестовой решеткой - стыки нижнего пояса, к-рые осуществляются при помощи металлич. накладок со шпонками.

Дощатые фермы представляют собой систему с параллельными поясами и решетчатым заполнением. Доски поясов охватывают с двух сторон вертикальную стенку (решетку) фермы, состоящую из двух перекрещивающихся слоев досок, и скрепляются пропущенными насквозь дубовыми нагелями (в дощато-нагельных) или гвоздями (в дощато-гвоздевых фермах). В дощато-гвоздевых фермах распространено устройство сплошной стенки. Дощатые фермы проще для изготовления по сравнению с фермами с крестовой решеткой и требуют меньшего расхода металла, однако они менее долговечны из-за ускоренного загнивания сплоченных досок. Арочные, преим распорные системы с ездой поверху имеют ограниченное применение на автомобильных дорогах. Для пролетов до 25 м арки делаются сплошного сечения из досок или брусьев, до 60 м - сквозными решетчатыми или дощато-гвоздевыми. Комбинированные системы применяются также на автомобильных дорогах для перекрытия больших пролетов (до 60 м). Наиболее распространены гибкая дощатая или брусчатая арки сплошного сечения в комбинации с балкой в виде фермы с крестовой решеткой или дощатой фермы, соединенной с аркой металлическими или деревянными подвесками. При стр-ве больших деревянных мостов речные пролеты перекрываются фермами или арками, а для береговых пролетов применяют балочные и балочно-подкосные системы.

Мостовое полотно ж.-д. деревянных мостов устраивается на деревянных поперечинах. Проезжая часть автодорожных Д. м. при слабом автомобильном движении делается в виде наката из окантованных бревен или пластин, уложенных по прогонам. Для улучшения условий движения на такую проезжую часть укладывается слой облегченного черного покрытия или одиночный дощатый настил. Другой разновидностью проезжей части автодорожных деревянных мостов является двойной дощатый настил (продольный, поперечный или косой) по деревянным поперечинам. На дорогах с интенсивным движением иногда используют настил из досок, уложенных на ребро, покрытый сверху слоем асфальтобетона.

Опоры деревянных мостов обычно деревянные - свайные, лежневые или ряжевые. В отдельных случаях, когда в дальнейшем предполагается замена деревянных пролетных строений железобетонными, опоры делаются бетонными или железобетонными. Защита деревянных опор от ледохода обеспечивается ледорезами, как правило, отдельно стоящими выше по течению на расстоянии 1,5-4,0 м. При большом ледоходе на расстоянии 30-50 м от первого ряда ставят второй ряд ледорезов, наз. аванпостным.

Основные породы дерева, применяемые для изготовления Д. м.: сосна, лиственница, кедр, а также ель и пихта (использование последних для ж.-д. мостов допускается только в отд. случаях). Для изготовления мелких деталей соединений применяются дуб, ясень, бук и граб. Учитывая, что ежегодный расход древесины на стр-во новых и капитальный ремонт существующих Д. м. в СССР превышает 10 млн. JH5, большое нар.-хоз. Значение имеет макс. продление срока их службы консервированием древесины. Деревянные мосты из такой древесины служат 15-20 и более лет.

Постоянные деревянные мосты должны удовлетворять требованиям индустриального стр-ва и долговечности: конструкция их должна быть достаточно проста, без врубок и сложных соединений, допускающая сборку из укрупненных элементов; при сборке необходимо полностью исключить пригонку и притеску изготовленных на заводах или стройдворах элементов. Этим условиям в наибольшей степени удовлетворяет простая балочная система с опорами и пролетными строениями, выполненными из пиленого леса. Ведутся опытные работы по применению в деревянных мостах клееных элементов (см. Клееные конструкции) из консервированных досок, бакелизированной фанеры или древесных пластиков, являющихся биостойкими и водостойкими материалами. Для клееных и клеефанер- ных пролетных строений наиболее рациональны балочные конструкции со сплошной стенкой двутаврового или коробчатого сечения. Возможно применение и сквозных конструкций. В США и Канаде построен и строится ряд автодорожных и ж.-д. мостов с клееными балками, арками и поясами ферм, пролетных строений длиной до 45-50 м. См. также Мост.

Лит.: Гибшман Е.Е., Деревянные мосты на автомобильных дорогах, М.-Л., 1948; Евграфов Г.К., Мосты на железных дорогах, 3 изд., М., 1955; Иванова Е. К., Клееные деревянные конструкции, М., 1961; Тен И. А. и Поспелов Н. Д., Внедрять клееные деревянные конструкции, «Автомобильные дороги», 1961, № 4.

Дерево применяют как строительный материал для мостов благодаря его широкому распространению, малому объемному весу и простоте обработки. Из лесных пород чаще всего используют сосну, отличающуюся прямыми и ровными стволами, небольшой сучковатостью, смолистой и упругой древесиной. Реже находят применение ель, лиственница, кедр, пихта, а для отдельных элементов дуб.

Наряду с достоинствами древесина имеет и существенный недостаток - подверженность гниению, в результате чего деревянные мосты быстро выходят из строя. Срок службы деревянного моста из обычного леса с соединениями на врубках определяется в 8-10 лет, если не принимают специальных мер против загнивания. Части моста, расположенные в условиях переменной влажности, подгнивают через 5-7 лет.

Недостатком древесины как строительного материала является также зависимость сопротивления дерева усилиям от их направления относительно волокон. Это затрудняет устройство сопряжений элементов и часто лишает конструктора возможности использовать материал по наибольшей прочности. Так, по прочности на сжатие сечение стойки или подкоса может быть принято сравнительно небольшим, однако при опирании на лежень или подушку, которые сжимаются поперек волокон, рабочее сечение этих элементов приходится увеличивать.

Характерной особенностью древесины является неоднородность. Прочностные характеристики древесины существенно зависят от того, из какой части поперечного сечения и на какой высоте ствола взят образец. На качество древесины влияют также пороки дерева: сучковатость, косослойность и т. д.

К недостаткам древесины относится сокращение размеров при усушке, которое достигает 5% по направлению поперек волокон. Усушка и слабое сопротивление дерева смятию поперек волокон приводят к обмятию врубок и расстройству соединений. Несовершенство соединений в мостах на врубках требуют тщательного наблюдения при эксплуатации и соответствующих расходов на содержание и ремонт. Деревянные мосты опасны в пожарном отношении.

Гниение древесины является не естественным процессом старения материала, а болезнью, вызываемой дереворазрушающими грибками. В условиях, исключающих жизнедеятельность грибков, древесина может сохраняться более тысячи лет. Дерево, находящееся в воде без доступа воздуха, сохраняет все свои качества длительное время. Известны примеры успешной эксплуатации деревянных мостов в течение нескольких десятилетий и в то же время имеются случаи выхода сооружений из строя через 2-3 года после постройки.

Жизнедеятельность грибков и интенсивность гниения древесины связаны с условиями влажности и температуры. Грибки развиваются только при влажности древесины от 25 до 60%, а при влажности ниже 20% (воздушно-сухая древесина) и более 60% гниение не происходит. Древесина гниет лишь при температуре от +3° до +44° С, причем наиболее интенсивно от +18° до +30° С. При длительном воздействии температуры выше 53° грибки погибают. На морозе жизнедеятельность их затихает и возобновляется с наступлением теплого времени.

Гниению больше всего подвержены сооружения, возводимые из сырого леса. При высыхании в нем образуются трещины, в которые проникает вода, увлажняющая внутренние слои древесины. Гниение развивается в плохо проветриваемых щелях, неплотных сопряжениях и других местах, в которые попадает влага.

Поиски путей увеличения срока службы деревянных мостов ведут с использованием конструктивных мер и химических средств защиты древесины. Конструктивный путь - переход к безврубочным конструкциям и механическая защита ответственных элементов моста от атмосферных воздействий навесами, козырьками, щитками и т. п. Химический способ заключается в антисептировании древесины веществами, убивающими грибки.

Антисептирование позволяет увеличить срок службы деревянных мостов в 2-3 раза, однако применение его встречает известные трудности. Наиболее устойчивы маслянистые антисептики, но они дороги и плохо проникают в древесину. Глубокая пропитка древесины в автоклавах под давлением, применяемая на заводах, неудобна для длинных элементов мостов.

При строительстве мостов лучше использовать способ пропитки в горячих и холодных ваннах. Деревянные элементы погружают на 3-5 ч. в ванну с горячим антисептиком (80-95°С), затем на 1-2 ч. в ванну с холодным антисептиком (40-50° С). В горячей ванне из древесины удаляется воздух, а в холодной - поры ее заполняет антисептик. Для облегчения пропитки полезно предварительное накалывание элементов. Пропитывать следует готовые элементы, так как при последующей обработке их (подтеске, устройстве отверстий и т. п.) может быть снят антисептированный слой, имеющий обычно толщину 2-3 см.

Наиболее простым и удобным является антисептирование готового сооружения с применением диффузионного способа - нанесение обмазки, содержащей сильный водорастворимый антисептик. При увлажнении антисептик, находящийся на поверхности элементов, растворяется и постепенно проникает в древесину путем диффузии. Серьезные трудности связаны с сохранением обмазок на поверхности элементов и защитой их от атмосферных воздействий. Диффузионный способ несколько увеличивает срок службы деревянных мостов, однако по показателям стойкости уступает пропитке маслянистыми антисептиками.

Применением антисептированного леса и безврубочных конструкций можно увеличить срок службы деревянных мостов до 15-20 лет и более. Еще долговечнее сооружения из так называемой облагороженной древесины в виде специальной высокопрочной фанеры - деревопластиков.

Деревопластики выпускают листами шириной до 150 см. и длиной до 560 см. при толщине 2-60 мм. Листы изготовляют из березового шпона-стружки толщиной 0,5 мм, получаемой из бревен на станках. Шпон пропитывают синтетической фенолформальдегидной смолой различных марок и прессуют под давлением 150-500 кгс/см 2 при температуре 150° С.

Деревопластики обладают высокой прочностью и биостойкостью, но очень дороги. Одной из разновидностей их является бакелизированная фанера, которая наиболее проста в изготовлении и значительно дешевле. Такую фанеру изготовляют из березового шпона без пропитки с поверхностным смазыванием и склеиванием под давлением 40 кгс/см 2 .

Объемный вес бакелизированной фанеры 1000 кгс/м 3 , предел прочности на растяжение и изгиб 900-1500 кгс/см 2 , на сжатие 700-1000 кгс/см 2 , на скалывание по клеевому шву до 130 кгс/см 2 .

Из бакелизированной фанеры можно изготовлять клееные балки двутаврового или коробчатого сечения. Подобные конструкции очень легки, допускают перевозку крупными блоками и отличаются простотой монтажа.

В современной отечественной практике деревянные мосты строят сравнительно редко. Их применяют как временные сооружения, срок службы которых не превосходит срока службы обычной древесины на автомобильных дорогах низких категорий, где использование дерева значительно упрощает строительство и снижает стоимость, и в незначительном количестве на железных дорогах местного назначения в лесных районах.

Основной причиной ограниченного строительства деревянных мостов является малая долговечность и необходимость частого ремонта. Однако срок службы деревянного моста с антисептированными безврубочными конструкциями заводского изготовления может быть доведен до 30 лет, а при применении клееных и клеефанерных конструкций до 40 лет и более.

Для изготовления таких конструкций необходимы специальные заводы, что связано с определенными затратами и увеличивает стоимость деревянных мостов. Однако строительство деревянных мостов из долговечных индустриальных конструкций, особенно на автомобильных дорогах при небольших пролетах мостов является целесообразным, так как позволяет сэкономить значительное количество металла и цемента и сократить сроки строительства.

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.

ДЕРЕВЯННЫЕ МОСТЫ , мосты, основным материалом которых служит дерево. В настоящее время деревянные мосты строятся из сосны, лиственницы, ели. Дуб применяется преимущественно для подушек, нагелей, иногда - для свай и прогонов. Лесной материал д. б. зимней рубки, прямостойный, с небольшим числом сучьев, без круговых и радиальных трещин (морозобой, метик, отлуп), без синевы и гнили. Предпочитается так называемая рудовая сосна , т. е. выросшая на сухих песчаных холмах.

В деревянных мостах под обыкновенную дорогу ширина ездового полотна: на полевых проселочных дорогах - от 3 м; для прогона скота 4,5-6,5 м; на шоссейных дорогах 4,7-6,4 м; на дорогах важного значения и в городах до 12 м и более. Настил, образующий ездовое полотно, укладывается на поперечины; последние - на балки или т. н. прогоны, ординарные или составные. Расстояние между прогонами зависит от назначения моста, его конструкции (в связи с этим) и размеров материала. Прогоны поддерживаются опорами из свай или стоек. В мостах солидной конструкции применяется двойной настил. Верхний ряд досок настила предназначается для предохранения нижнего ряда от истирания. Толщина досок верхнего ряда 5-7 см, нижнего 8-10 см. Доски верхнего ряда укладывают или вдоль моста, или поперек, или под углом (в елку). При расположении досок вдоль моста получается более ровное, но более скользкое полотно; этот способ заслуживает предпочтения при преобладающем легковом движении; при преобладающем грузовом движении лучше укладывать доски настила поперек моста. Нижний ряд досок настила иногда делается из пластин, уложенных поперек моста, и заменяет собой поперечины.

Вместо устройства езды по дощатому настилу можно применить щебеночную кору на одиночном настиле из пластин или накатника.

Простейшим типом моста под обыкновенную дорогу является балочный мост, состоящий из опор и пролетных строений, перекрывающих пролеты (промежутки между опорами) моста. Каждая опора состоит из ряда свай, связанных поверху насадкой (горизонтальным бревном), для чего на головах свай нарубают шипы, а в насадке выдалбливают гнезда. По насадкам укладываются, как выше указано, прогоны, поперечины и настил. В простейших случаях поперечный дощатый настил прикрепляют с боков прижимными брусьями или так называемыми пажилинами , используемыми обыкновенно для установки на них перил . При значительной высоте моста или глубине воды опоры ставят реже, т. е. с большими пролетами.

Значительные пролеты могут вызываться также требованиями судоходства. В этих случаях применяется подкосная (фиг. 1) система, или шпренгельная (фиг. 2), или комбинированная (фиг. 3).

Наилучший угол наклона подкосов в этих системах 40-45°, от которого по местным условиям иногда приходится сильно уклоняться. Для поддержания стыков прогонов применяются под ними так называемые подбалки .

В шпренгельной системе брус под прогоном, в который упираются верхние концы подкосов, называется ригелем и делается длиной около 0,4 расстояния между опорами. Ряды свай в опоре соединяются горизонтальными (продольными и поперечными) и диагональными схватками из пластин, брусьев или досок (фиг. 4).

Арочная система (фиг. 5) позволяет перекрывать пролеты до 20-25 м и больше.

В деревянных мостах под железную дорогу рельсы укладывают на поперечинах. Настил состоит из двух досок, уложенных между рельсами, и 4-5 досок - с одной или с обеих сторон пути. На случай схода поезда с рельсов укладывают охранные брусья . Для небольших пролетов пригодны балочная и подкосная системы. Шпренгельная система для железнодорожных мостов менее применима вследствие значительных деформаций, возможных в этой системе при большой временной нагрузке. Балочная система имеет пролеты в 2-4, реже до 6 м. При этом в соответствии с давлением на свайную опору располагают один или два ряда свай. Если высота железнодорожной насыпи превышает 8 м, ряды свай в опоре раздвигают на 1,5-2 м ось от оси и соединяют крестообразными схватками и тяжами (фиг. 6).

Мера эта имеет целью увеличить продольную жесткость конструкции. То же назначение имеют и продольные схватки. В части моста, которая заходит в насыпь, соединяют пролеты горизонтальными схватками и подкосами, что создает как бы устой. В поперечном направлении необходимая жесткость опоры достигается забивкой подкосных свай, постановкой подкосов и схваток (фиг. 7).

Под каждый рельс в состав прогона назначается от 1 до 6 брусьев или бревен. В подкосной системе подкосы образуют одну или несколько промежуточных опор для прогонов, что позволяет при том же числе и тех же размерах брусьев в прогонах увеличить расстояние между опорами. Пример моста подкосной системы показан на фиг. 8.

Важным элементом деревянных мостов подкосной системы является затяжка , т. е. горизонтальный брус, или бревно, или пластина, соединяющие соседние опоры в уровне нижних концов подкосов. Назначение затяжки - принять на себя горизонтальную составляющую давления подкосов, т. н. распор . Здесь, безусловно, необходимо иметь достаточное число врубок, через которые передается горизонтальная составляющая давления подкосов на затяжку, а вертикальная составляющая - на сваи. Если грунт не допускает забивки свай, применяют ряжевые опоры или опоры на лежнях .

Выбор системы деревянных мостов (балочный, подкосный, шпренгельный, арочный) зависит преимущественно от высоты железнодорожной насыпи, глубины воды, судоходных требований, ледохода и других местных условий. Согласно утвержденным НКПС правилам, величины наименьших судоходных пролетов для деревянных мостов следующие: на реках малосудоходных (4-я категория) - 25 м, на реках со сплавом россыпью и в плотах (5-я категория) - 15 м, на реках со сплавом только россыпью (6-я категория) - 6 м. При невысоких железнодорожных насыпях уместны балочные мосты. С технической стороны балочная система, как наиболее простая и имеющая наименьшее число глубоких врубок, - наилучшая и наиболее долговечная.

Для перекрытия больших пролетов (от 20 до 40 м и более) в деревянных мостах применяют фермы . Фермы делаются из брусьев, бревен или досок. Различают системы, в которых все основные части сделаны из дерева, и системы с металлическими тяжами. К последней группе относится система Гау, а к первой группе - фермы из досок системы Тауна и Лембке. Мосты с фермами Гау под железную дорогу м. б., в зависимости от местных условий, с ездой поверху и с ездой понизу. В мостах с ездой поверху полотно моста укладывают на фермы сверху. При небольшом расстоянии между фермами (2-2,5 м) часто расположенные подрельсовые поперечины могут опираться непосредственно на фермы. Если расстояние между фермами большое, применяют тяжелые и редко положенные на фермы поперечные балки, которые поддерживают продольные балки, уложенные в расстоянии около 2 м друг от друга и служащие основанием для подрельсовых поперечин. В мостах с ездой понизу наличие тяжелых поперечных и продольных балок обязательно. На фиг. 9 показана ферма Гау с ездой поверху.

Ферма состоит из верхнего и нижнего поясов, из прямых и обратных перекрещивающихся раскосов и из вертикальных железных тяжей. Места присоединения раскосов к поясам называются узлами ; расстояние между узлами - панелью . Верхний пояс работает на сжатие, нижний же - на растяжение; восходящие раскосы считая от концов фермы к ее середине, являются главными и подвержены сжатию, обратные раскосы у концов фермы служат для поддержания главных сжатых раскосов против выпучивания; в середине же при проходе поезда работает то одна система раскосов, то другая, в зависимости от положения нагрузки. Для удобства пересечения раскосы одного направления делают двойными, а другого - одиночными; присоединение раскосов - посредством подушек из дуба или чугуна, впритык. Стыки поясов перекрывают металлическими планками со шпонками, стянутыми болтами. Между фермами ставят в горизонтальных плоскостях верхние и нижние и в вертикальных плоскостях - поперечные связи, составленные из перекрещивающихся диагоналей и железных болтовых стяжек. По мере увеличения пролета фермы Гау принимают более сложный вид: число систем раскосов увеличивается. В фермах Тауна как пояса, так и раскосы составлены из досок (фиг. 10).

Раскосы работают на растяжение и на сжатие; пояса - как обычно: верхний - на сжатие, нижний - на растяжение. Раскосы прикрепляются нагелями и болтами. Толщина досок 5-7 см, ширина 25-30 см. Нагели представляют собой дубовые цилиндры, диаметром 3-6 см. В досках высверливают дыры диаметром несколько менее диаметра нагеля. Между фермами располагают, как указано выше, поперечные и продольные связи.

Нагрузка передается на фермы продольными и поперечными балками или поперечинами, уложенными на верхние пояса. (фиг. 11) похожи по конструкции на фермы Тауна.

Различие в том, что в фермах Лембке доски раскосов поставлены вплотную друг к другу. Получается ферма со сплошной стенкой. Стенка ферм, во избежание выпучивания раскосов, обжимается вертикальными, а при высоте ее более 2 м - кроме того, и горизонтальными брусками. Недостаток ферм Тауна и в особенности Лембке - быстрое загнивание досок. В последнее время находят применение для деревянных мостов фермы, в которых соединение частей выполнено при помощи металлических колец Тухшерера . Подобного рода фермы, в виде балки, усиленной шпренгельной системой из досок, для пролетов в 20 м применялись, между прочим, германской концессией «Мологолес».

Число ферм в железнодорожных мостах с ездой поверху - 2 или 3, в зависимости от пролета; с ездой понизу - 2. Расстояние между крайними фермами определяется из условия устойчивости пролетного строения на опрокидывание ветром и для достаточной боковой жесткости пролетного строения должно быть не менее 1/12 пролета. Коэффициент запаса на опрокидывание ≥1,40. В мостах под обыкновенную дорогу с ездой поверху число ферм и расстояние между ними зависят от ширины полотна, от перекрывающей способности поперечных балок и из экономических соображений. Наиболее употребительные расстояния 2-2,5 м. В мостах с ездой понизу расстояние между фермами обусловлено габаритом, шириной проезда. Большое расстояние между осями ферм требует особо сильных поперечных балок. Применяются шпренгельные балки. Высота ферм назначается от 1/4,5 до 1/9 длины пролета и должна быть согласована с углом наклона раскосов в 45-50°.

Вес пролетных строений с фермами Гау, спроектированных под декапод (паровоз с давлением на ось 16 т, общим весом 16x5 + 10 т), дан в табл. 1.

Вес пролетных строений с фермами Тауна под ту же нагрузку дает табл. 2. Езда - поверху.

Вес пролетных строений с фермами Лембке, рассчитанными на нормальный поезд 1907 года (20 т на ось паровоза), приводится в табл. 3.

Опоры деревянных мостов с фермами делаются свайные, рамные, ряжевые или каменные. В последнем случае деревянное пролетное строение укладывается временно вместо металлического или железобетонного. Свайная опора состоит из нескольких рядов свай. Для придания устойчивости служат боковые подкосы и схватки. Ряж представляет собой ящик с вертикальными стенками и сквозным полом. Все стены ряжа образованы венцами из горизонтально уложенных бревен, скрепленных в углах врубками ; верхние и нижние постели этих бревен стесаны для достижения большей плотности швов. Стенки ящика соединяют горизонтальными распорками, образующими как бы вертикальные сквозные перегородки. Для укрепления стен ряжа ставят стойки. Ряж заполняют камнем.

Для предохранения опор от действия ледохода устраивают ледорезы . Ледорез состоит из наклонно положенного на сваи бревна (ребра) и двух сходящихся к ребру под углом плоскостей. Плоскости образованы досками или брусьями, поддержанными системой стоек, подкосов и свай. Уклон ребра от 1:1 до 1:2. Этот тип ледореза называется шатровым. При слабом ледоходе и тонких быках ледорезы имеют более простую конструкцию: один ряд свай с наклонным ребром (плоские ледорезы), или кусты свай (палы).

Расчет железнодорожных деревянных мостов долговременного типа, согласно «Техническим условиям проектирования и сооружения железнодорожных деревянных мостов», производится на наиболее тяжелый состав, который может обращаться на данной линии в период предположенной работы моста, но во всяком случае на нагрузку не ниже схемы О-1925 г. в отношении схем паровоза и тендера и не ниже 7 т на п. м. в отношении вагонной нагрузки. Для расчета временных деревянных мостов на срок не свыше 3 лет принимается самый тяжелый состав, который будет фактически обращаться по мосту. Давление ветра считается равным 250 кг/м 2 в отсутствии поезда и 150 кг/м 2 при наличии на мосту поезда. Деревянные мосты под обыкновенную дорогу рассчитываются на нагрузку, специально установленную для этих мостов. Допускаемые напряжения для деревянных мостов даны в табл. 4.

Допускаемые напряжения для железных частей в деревянных мостах: а) на растяжение в болтах, одиночных тяжах и накладках - 900 кг/см 2 , б) на растяжение в тяжах при 2, 3 и 4 тяжах, работающих совместно, - 750 кг/см 2 , в) на растяжение тяжей со стяжными муфтами - 600 кг/см 2 , г) на срез заклепок и болтов 0,8x900 = 720 кг/см 2 . При расчете на одновременное действие вертикальной нагрузки и ветра допускаемые напряжения повышаются на 15%. Для временных сооружений - повышаются на 20%.

Сжатые части проверяются на устойчивость, причем коэффициент уменьшения допускаемого напряжения вычисляется по формуле:

для значений l/i > 5 и < 100, и по формуле:

для значений l/i > 100.

В этих формулах: l - длина стержня, i - радиус инерции, Е - модуль упругости дерева (Е = 110000 кг/см 2 для сосны и дуба), k d - допускаемое напряжение на простое сжатие, s=5 - коэффициент надежности. Свободная длина сжатых раскосов в фермах Гау = μ·l, где

I 0 - момент инерции основного сжатого раскоса, I 1 - момент инерции обратного раскоса. Прогоны рассчитываются или как свободно лежащие балки или как неразрезные. При расчете составных балок на шпонках коэффициент понижения прочности принимается равным 0,70 для двух брусьев и 0,5 для трех. Давление на опоры определяют в предположении, что прогоны разрезаны на опорах. При расчете сложных ферм, с несколькими пересечениями раскосов, допускается разложение их на простые системы с делением нагрузки на число систем. Сваи как стойки должны быть проверены на продольный изгиб. Наибольший допускаемый отказ (е) в см определяется по формуле:

где n - число ударов в залоге, которое составляет для ручного копра 20, для машинного и парового - 10, F - площадь поперечного сечения сваи в см 2 , Q - вес бабы в кг, Р - расчетная нагрузка на сваю в кг, Н - высота подъема бабы в см и q - вес сваи в кг (с подбабком, если таковой применяется).

Срок службы деревянных мостов 8-15 лет. Для предохранения от загнивания применяют осмолку горячей древесной смолой, пропитку разными составами или окраску.

Указана в табл. 5 и 6.

Стоимость мостов под обыкновенную дорогу: небольших отверстий 9-20 руб. на м 2 полотна, больших отверстий (200-300 м) - 25-50 руб. на м 2 полотна (по ценам до 1914 года).

В данном материале мы опишем основные варианты деревянного мостостроения и приведём наиболее известные примеры тех или иных конструкций. Речь идёт о принятой в Европе Тирольской классификации деревянных мостов, которая, к сожалению, мало используется в нашей стране.

Деревянный мост, имеющий самонесущую проездную поверхность

В данной категории мостов основные деревянные балки размещаются под настилом, что обеспечивает их защиту от осадков и прямого воздействия солнечных лучей. Для наибольшей защиты верхнее покрытие укладывается под уклоном, гидроизоляцию обеспечивает защитная мембрана или стальное листовое покрытие. Также используется асфальт или деревянный настил. Длина пролета составляет, как правило, до 25 м., ограждение находится выше мостовой конструкции.

Пример: мост возле г. Лютерн (Швейцария). Возведён в 2010 году вместо железобетонной конструкции 1933 года. Основные конструкции выполнены из клееного деревянного бруса GL24, GL28+LVL, выбранного по экономическим соображениям. Общая нагрузка моста - 40 тонн. Вертикальную нагрузку воспринимают BSH-балки из клееной древесины в продольной оси.

В поперечном направлении нагрузку воспринимают стальные балки размещенные в двух осях. Верхняя часть деревянная, по бокам закрыта бетонным покрытием с установленными перилами ограждения. В поперечном сечении опорная часть строения представляет собой 6 склеенных в блоки панелей и 5 слоев широкоформатных панелей LVL Kerto, приклеенных к неподвижному носителю BSH. Панели воспринимают продольные и поперечные нагрузки.

Деревянный мост коробчато-балочной конструкции

В данном варианте несущая часть представляет собой полый короб, составленный из клееных балок, что обеспечивает экономичность строительства и технические преимущества - блок балок поступает на место строительства в собранном виде, а в пустоте короба можно разместить различные коммуникации. В качестве настила можно использовать литой асфальт или стальной просечно-вытяжной лист. Поручни крепятся к основной опоре и обшиваются палубной доской. Длина пролета коробчато-балочного деревянного моста может достигать 35 метров.

Пример: мосты-близнецы в г. Снек (Нидерланды), возведённые в 2008-2010 годы. Идею конструкции мостов архитектор Ханс Ахтербош почерпнул из местного рыболовецкого промысла, а именно с изображения перевёрнутой вверх рыбацкой лодки. Основным материалом мостов-близнецов являются деревянные балки, изготовленные из ацетилированной аккойя - продукта современных высоких технологий. Этот материал выбран из-за его высоких показателей долговечности - не менее 80 лет службы, именно столько, сколько требуется для эксплуатации моста по законам Нидерландов. Для сравнения - стальной мост прослужит 55 лет, мост из дерева азобе - 45 лет. Мосты-близнецы имеют по две полосы автомобильного движения и по одной пешеходной дорожке.

Деревянный мост вогнутой конструкции

В данном варианте несущие части конструкции деревянного моста расположены на уровне перил. Для защиты от атмосферных воздействий верхняя часть основной несущей конструкции покрывается оцинкованным листом. В поперечине вогнутая конструкция моста крепится к расположенному внизу стальному каркасу с шагом между рамами 2500 мм. Верхняя часть моста может быть открытой или защищенной асфальтом. Перила крепятся к поперечной раме. Длина пролета вогнутого деревянного моста может достигать 35 метров.

Пример: мост Моисея (Нидерланды). Был построен в 2011 году при реконструкции форта 17-го столетия Де Роовер, расположенный на Брабантской линии фортификаций. Задачей архитектора из бюро RO&AD было обеспечить проход туристов через «невидимый» мост, т. е. незаметный с дальнего обзора и не нарушающий архитектурный ансамбль исторического форта. Идею моста почерпнули из эпизода Библии, когда Моисей заставил расступиться воды Красного моря. Для этого по обеим сторонам сооружения были созданы дополнительные валы для отвода лишней влаги способной затопить мост. В качестве материала были выбраны деревянные балки, изготовленные из ацетилированной аккойя и красного ангелима, что гарантирует эксплуатацию сооружения в воде в течении не менее чем 50 лет. Мост Моисея стал лучшим сооружением 2011 года, по мнению Союза голландских архитекторов.

Деревянный висячий мост

Несущая конструкция висячего моста представляет собой две балки, каждая из которых по отдельности состоит из 2-х горизонтальных и диагональных деревянных ферм их клееного бруса с нижней затяжкой. Так как опорная конструкция располагается на уровне перил и ниже, то палуба моста опирается на нижние хорды. Для дополнительного укрепления используется U-образная металлическая рама. В местах опирания древесину защищает оцинкованное стальное покрытие. Материалом настила может быть доска или асфальт. Установка перил осуществляется с упором на боковых фермах, ниже уровня верхней поверхности. Длина пролета может достигать 30 м.

Пример: мост в Нахабино (Россия). Построен в 2001 году, представляет собой висячий деревянный пешеходный мост длиной 29 м. с жесткими нитями. Конструкция моста традиционна для строений со стальными вантами за единственным отличием - все конструктивные части моста изготовлены из клееной древесины. Мост в Нахабино имеет три пролета длиной в 4, 20 и 4 метра, ширина для пешеходов составляет 3,5 метра. Крайние пролеты имеют прямолинейные деревянные оттяжки, средний устроен на стальных подвесках и подвешен к растянуто-изгибаемым жестким нитям. Стрела подъема гнутых клееных конструкций составляет порядка 4 м а радиус изгиба 15 м. Это дало возможность производить и транспортировать отдельные элементы целиком, без соединений по длине. Цельными являются и балки жесткости пролетного строения.

Деревянный арочный мост

Здесь основную нагрузку берут на себя арки или своды, которые изготовлены из деревянных ламелей, связанных между собой. Такие мосты устанавливаются на местностях со значительным уклоном рельефа. Так как опорная часть деревянного моста находится выше уровня перил, то перекрытие устанавливается на нижних затяжках. Жесткость конструкции придаёт вогнутый металлический каркас. Защиту дерева обеспечивают титановые листы металла. Перекрытие может быть деревянным и закрытым слоем асфальта. Длина пролета может достигать 50 метров.

Пример: пешеходный мост Леонардо (Норвегия). Возведён в 2001 году на автостраде между Осло и Стокгольмом. Прообразом этого моста стал проект Леонардо да Винчи 1502 года предусматривающей строительство каменного моста через бухту Золотой Род длиной 360 метров. Спустя пол тысячелетия эту идею реанимировал норвежский художник Вебьорн Санд, ставший инициатором строительства моста Леонардо. Для строительства использовалась уникальная методика «слоистого дерева», созданного из норвежской сосны склеенной определенным образом. В конструкцию входит три несущих арки, более широких в основании и сужающихся в месте соединения с полотном перехода. Арки поддерживают друг друга и являются опорой для 4-й арки - пешеходного полотна. Основные элементы строения были изготовлены в производственном цеху. Для сборки на месте понадобилось всего несколько дней.

Деревянный кабельно-вантовый мост

В кабельно-вантовом мосте главным несущим элементом является вантовая ферма, изготовленная из стальных канатов. Ванты крепятся к пилонам, которые устанавливаются непосредственно на опоры. Мостовое полотно находится на балке жесткости прикрепленной к вантам. Данная конструкция позволяет создать мост с длиной пролета до 70 метров.

Пример: пешеходный мост в Анкалии (Грузия). Самый длинный деревянный мост в Европе построенный в 2012 году. Масштабное строение длиной в 505 метров первоначально планировалось в качестве стального вантового. Однако из экономических соображений выбор пал на клееную древесину.

Вантовая ферма моста представляет собой триангулированную конструкцию в виде пространственного каркаса из 2 рядов диагональных балок размещенных под углом в 45° к горизонтальной панельной конструкции. Последняя состоит из клееных ригелей и панели LVL. Боковые части вантовой фермы закрыты прозрачным поликарбонатом для придания видимости и архитектурной выразительности конструкции.

Деревянный мост-ферма

В данном варианте конструкции деревянного моста клееная древесина используется для изготовления верхних и нижних затяжек, а также вертикальных связей, горизонтальные изготавливаются из стального проката. Для соединения отдельных частей моста используется болтовой крепёж и перфорированные пластины. Защиту дерева от осадков обеспечивает кровельная конструкция, покрытая деревянной черепицей, плиткой или другими кровельными листовыми материалами. Настил может быть открытым или асфальтным. Длина пролета может достигать 70 метров.

Пример: мост через р. Вихантасалми (Финляндия). Построен в 1999 году на месте стального моста и является одним из наиболее широких автодорожных мостов в мире. Конструктивно состоит из одностоечной фермы со стальными соединениями. Проезжая часть моста выполнена из составных бетонных, деревянных и стальных конструкций. Мост состоит из пяти пролетов. Длина крайних - по 21 метру каждый, трех центральных - по 42 метра. Общая длина моста - 182 метра. Ширина проезжей части моста составляет 11 метров, пешеходной и велосипедной зон - 3 м. Наибольшее расстояние от поверхности озера до самой высокой точки - 31 метр.

Деревянный жесткий рама-мост

Жесткая несущая плита моста представляет собой единый клееный блок или отдельные балки из клееного бруса с дополнительной опорой на промежуточные наклонные элементы в нижней части конструкции. Форма рам может быть П или Т-образной, иметь в своей конструкции две наклонные стойки и контрольные свесы. Главным преимуществом жесткого рама-моста является меньшее поперечное сечение и равномерность в распределении действующих на мост статических нагрузок. Настил защищается асфальтом или стальным листом. Длина пролета может достигать 40 метров.

Деревянный преднапряженный мост

Появление преднапряженной конструкции в деревянном мостостроении многими специалистами было воспринято как революция в отрасли. Сутью нововведения стала канадская разработка в середине 70-х годов 20-го столетия методики механического поперечного соединения обычного или клееного бруса. Для создания напряжения используются металлические стержни, создающие костяк системы поддержки. Несущая часть моста состоит из отдельных балок или блоков клееных ламелей, что обеспечивает сразу два преимущества:

• возможность создания палуб различной конструкции - блочной, коробчатой, Т-образной;
• возможность использования различных статических схем, от простых однопролетных до многокилометровых и многопролетных конструкций.

В качестве настила используется асфальт, стальной лист или композитные материалы с высокой стойкостью к износу. Длина пролета моста может достигать 70 метров.

Особенности российского деревянного мостостроения

К сожалению, в нашей стране действуют нормативы, разработанные ещё в 50-е годы прошлого столетия. Один из ярких примеров - требование выполнять ограждение из металла, хотя давно доказана большая безопасность деревянных ограждающих конструкций, используемых даже на гоночных трассах. Зарубежные нормативы более жесткие, учитывают, к примеру, волновой фактор, возникающий при движении автомобиля.

Российские нормы деревянного мостостроения регламентирует СНиП 2.05.03-84, а их строительство - СНиП 3.06.04-91 и 3.03.01-84. Согласно этим нормам (2.05.03-84) изгибаемые элементы пролетов деревянных мостов должны быть изготовлены из дерева 1 сорта, остальные - из дерева 2 сорта. Влажность бревен должна составлять не более 25%, остальных материалов - до 20%. Что касается минимальных размеров то они таковы:

• бревно в тонкой части - 18 см;
• сечение бруса - 16 см;
• толщина доски - 40 мм;
• наименьший диаметр сваи - 22 см;
• диаметр гвоздя - 4 мм.

В целом же, российское деревянное мостостроение укрепляет свои позиции, ежегодно пополняя свой список новыми интересными решениями.

По материалам журнала ЛесПромИнформ.