Контрольная работа по «ТЭК автомобильных дорог»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Российский государственный профессионально-педагогический университет»

Машиностроительный институт

Кафедра автомобилей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

по дисциплине «ТЭК автомобильных дорог»

Вопросы 10 и 25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2014

 

Введение

Искусственные сооружения — наиболее сложная часть железных и автомобильных дорог. Их выполняют двух видов: возводимые над поверхностью земли мосты различного типа и водопропускные трубы, устраиваемые через водотоки и другие препятствия; тоннели, сооружаемые под поверхностью земли на пересечении дорогой гор, высоких холмов и при проложении в больших городах линий метрополитенов.

Мосты строили с древнейших времен. Первоначально они имели простую конструкцию. Их возводили из дерева и камня вручную для пешеходного и гужевого движения. Широкие и глубокие реки оказывались трудными для постройки мостов, которые заменяли паромными переправами или наплавными мостами из плотов или судов.

Деревянные мосты вначале сооружали простыми балочными, затем перешли к более сложным конструкциям.

Каменные мосты выполняли из сводов на массивных опорах. Размер опор по фасаду моста достигал одной трети, а в отдельных случаях даже половины пролета. Кладку осуществляли на известковых растворах или тщательной пригонкой отдельных блоков с укладкой их насухо. Много каменных мостов было построено в XV—XIX вв., и они существуют до сих пор в странах Западной Европы — Франции, Италии, Испании и др. Пролеты мостов достигали 90 м, мосты поражали красотой и совершенством своих форм. В нашей стране каменные мосты строили преимущественно в Закавказье. Некоторые из них сохранились до наших дней.

С началом строительства железных дорог в XIX в. стали сооружать капитальные металлические мосты. Необходимость движения поездов потребовала постройки достаточно прочных и надежных каменных опор. Появились новые конструкции и способы возведения таких мостов, стали применять стальные конструкции и бетон. Развивались и совершенствовались методы проектирования мостов, что особенно характерно для второй половины XIX в.

Известны русские ученые, разработавшие новые конструкции и методы строительства первых крупнейших металлических городских и железнодорожных мостов в этот период — инж. С. В. Кербедз, построивший в 1842—1850 гг. мосты через р. Неву с пролетами 45 и 47 м (рис. 1) и в 1853—1857 гг. мост через р. Лугу с пролетом 55 м, и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.   1.   Городской   мост  через   р.   Неву  с  чугунными   пролетными  строениями(1850 г.)

 

 

На гужевых дорогах с 1820 г. стали применять многорешетчатые фермы из досок системы архитектора Тауна. Примерно в тот же период американским инж. Гау были предложены деревянные фермы из бревен или брусьев. Выдающийся русский инженер Д. И. Журавский (1821 —1891 гг.) внес в систему ферм Гау изменения, разработал на основе исследований метод их расчета. Все это позволило применять такие фермы не только на гужевых, но и на железных дорогах. На двухпуткой железной дороге Петербург — Москва (ныне Октябрьской) в 1847—1851 гг. было построено несколько больших мостов через реки Волхов, Мету, Волгу и другие реки с применением ферм Гау — Журавского с пролетами до 61 м. В дальнейшем такие конструкции широко применяли при строительстве и особенно при восстановлении автодорожных и железнодорожных мостов вплоть до середины XX в.

Сочетание теории и практики стало характерной особенностью русской школы мостостроения с 50-х годов прошлого столетия. Иначе происходило развитие мостостроения в зарубежных странах, особенно в Англии и США. В этих странах наблюдался эмпирический подход к проектированию мостов, вследствие чего нередко происходило обрушение мостов.

Русская школа мостостроения с самых первых шагов по пути строительства больших мостов ведущим положением считала обеспечение безопасной эксплуатации моста, развивая для этого экспериментально-теоретический метод, заложенный Д. И. Журавским, и сочетая его с изучением практики постройки мостов. Именно поэтому количество аварий мостов вследствие недостаточной их прочности у нас за всю историю мостостроения было незначительным.

Металлические пролетные строения мостов до 80-х годов XIX в. изготавливали из так называемого сварочного железа, которое плавили в пудлинговых печах. С 1885 г. появилось более качественное литое железо, В разработке металлических пролетных строений больших мостов в конце XIX в. необходимо отметить деятельность известного русского ученого — проф. Н. А. Белелюбского (1845—1922 гг.). Под его руководством были разработаны типовые пролетные строения с пролетами до 109 м, использованные в железнодорожных мостах через реки Волга, Днепр и др. Эти мосты имели многорешетчатые и двухрешетчатые системы ферм. По инициативе проф. Л. Д. Проскурякова в конце XIX в. появились клепаные металлические пролетные строения треугольной системы. Известен ряд крупных мостов через реки Енисей, Обь, Москву, Сулу и др., построенных по его проектам. В начале XX в. по инициативе проф. Н. А. Белелюбского и Г. П. Передерия в пролетных строениях небольшого размера и трубах стал применяться железобетон. В системе НКПС в 1926 г. была организована первая государственная проектная организация Мостовое бюро, а в 1930 г. мостостроительный трест — Мостотрест. На эти организации было возложено проектирование и строительство мостов на железных дорогах страны, разработка норм и правил проектирования искусственных сооружений, составление типовых проектов конструкций и технологических правил производства работ. По их проектам в первой и второй пятилетках были построены крупнейшие металлические мосты на реках Волге, Днепре, Енисее, Оби, Дону и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Железнодорожный железобетонный мост через

р. Днепр   (1932 г.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.   3.   Двухъярусный  совмещенный   железобетонный  мост  через   

 р.   Старый Днепр  (1953 г.)

В начале XX столетия железобетон в России применялся преимущественно в малых мостах с пролетами до 6 м. Начало развития железобетонных конструкций в больших мостах было положено успешной постройкой Мостотрестом в 1932 г. арочного железнодорожного моста через р. Днепр длиной свыше 1600 м (рис. 2). До Великой Отечественной войны из монолитного железобетона построили крупнейшие железнодорожные и городские мосты через реки Волгу, Неву, Москву, Оку, Ангару и др. После окончания войны из монолитного железобетона было сооружено несколько крупных мостов, из них на р. Днепр — два уникальных совмещенных под железную и автомобильную дороги двухъярусных моста с пролетами 140 и 228 м (рис. 3). Во время Великой Отечественной войны было разрушено особенно много железнодорожных мостов. Только благодаря самоотверженному труду специалистов восстановили более 16000 сооружений.

Для современного отечественного и зарубежного мостостроения характерно применение сборных предварительно напряженных железобетонных конструкций в автодорожных мостах (рис. 4). При этом решающее значение имело историческое решение партии и правительства в 1954 г. о широком переходе в капитальном строительстве на индустриальные способы с использованием сборных железобетонных и бетонных конструкций.

Впервые в мире, начиная с 1958 г., мостостроители нашей страны освоили применение сборных железобетонных конструкций для железнодорожных и городских мостов через реки Волгу, Москву, Дон, Днепр, Оку. Были разработаны и получили успешное применение прогрессивные конструкции и методы производства опор на железобетонных сваях, оболочках и столбах. В настоящее время искусственные сооружения выполняют преимущественно сборной конструкции из элементов заводского и полигонного производства. Освоен эффективный навесной способ монтажа сборных конструкций с соединением элементов при помощи полимерного клея. В крупных городских мостах успешно применены новые системы пролетных строений из сборного железобетона, рамно-консольные, арочно-консольные, балочно-неразрезные, вантовые. Массовое строительство искусственных сооружений в виде малых и средних мостов, путепроводов, эстакад, водопропускных труб в настоящее время осуществляют преимущественно по типовым проектам с использованием унифицированных сборных конструкций заводского и полигонного изготовления. После 1965 г. при строительстве новых железных и автомобильных дорог широкое применение получили весьма эффективные трубы из гофрированного коррозиестойкого металла.

 

Рис.  4.  Основные системы современных предварительно напряженных железобетонных мостов:

а — в СССР; б — в Японии; в — в Ливии; г — во Франции;  д — в Италии; е — в Австралии (по каждой   схеме   показан   наибольший   из  перекрытых   пролетов   данной   статической системы    моста)

 

При строительстве железнодорожных мостов с пролетами до 27 м применяют типовые предварительно напряженные пролетные строения заводского изготовлений". Для больших пролетов применяют металлические конструкции в виде сплошностенчатых систем или решетчатых ферм. Получили распространение прогрессивные конструкции с соединением элементов на электросварке и высокопрочных болтах. Применяют новые виды высокопрочных сталей, коробчатые сечения, цельноперевозимые конструкции. Все это позволило построить крупнейшие мосты через реки Волгу, Северную Двину. С применением вантовых конструкций построены городские мосты через р. Днепр в Киеве и через р. Даугаву в Риге с пролетом до 320 м.

За рубежом с появлением железных дорог начался процесс интенсивного развития мостостроения. Наряду со строительством крупных каменных, а позднее железобетонных мостов в конце XIX — начале XX в. широко применяли металлические конструкции.

В 1860 г. в Англии был сдан в эксплуатацию Фортский металлический мост с пролетом 521 м, а в 1917 г. — Квебекский мост в Канаде с пролетом 549 м. Построены крупнейшие металлические арочные мосты, в том числе с пролетом 503 м в Сиднее (Австралия).

Американское мостостроение отличается большим развитием конструкций висячих систем городских мостов. Начало их применения было положено постройкой в 1883 г. в Нью-Йорке Бруклинского моста с центральным пролетом 486 м. К настоящему времени в США, Европе и Японии построены десятки висячих мостов с пролетами до 1500 м (рис. 5).

Характерным для современного мостостроения как в отечественной, так и в зарубежной практике является совершенствование конструкций и способов сооружения фундаментов опор. Вместо широко применявшегося более 100 лет дорогого и весьма трудоемкого кессонного способа заложения фундаментов, требующего выполнения работ под сжатым воздухом, освоены прогрессивные способы постройки фундаментов на длинномерных железобетонных сваях, сборных железобетонных оболочках, погружаемых в грунт мощными молотами и электровибропогружателями. В последнее время, используя опыт строительства БАМа, применяют фундамен ты из железобетонных столбов, опускаемых в предварительно разбуренные скважины диаметром 80—300 см. Такие столбы могут проходить вверх до пролетного строения, исключая необходимость устройства ростверка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5. Висячий стальной мост через морской пролив   (США)

 

В последнее время получен большой опыт строительства искусственных сооружений Байкало-Амурской железной дороги. На всей ее протяженности в 3110 км от станции Усть-Кут на западе до станции Комсомольск-на-Амуре в течение десятой и одиннадцатой пятилеток было построено 126 больших и 815 средних металлических мостов. С применением сборного железобетона построено 1046 малых мостов и 920 водопропускных труб под насыпями. Часть труб выполнена из гофрированного металла. При сооружении мостов впервые в отечественной практике опоры малых и средних мостов, расположенных на вечномерзлых грунтах, сооружали на железобетонных столбах, опущенных в предварительно пробуренные скважины. На дороге было построено значительное количество подпорных стен, галерей, селеспусков.

Другой распространенный вид искусственных сооружений — тоннели — начали строить в глубокой древности, преимущественно для подачи воды и для военных целей.

Первый горный железнодорожный тоннель длиной 1190 м был построен в 1826—1830 гг. в Англии. В это же время началось строительство таких тоннелей в Швейцарии, Франции, Бельгии, Германии, Италии, США и других странах. Крупнейший в мире однопутный железнодорожный Симплонский тоннель длиной 19,78 км, соединивший Италию со Швейцарией, был построен в 1898— 1906 гг.

Железнодорожные тоннели в России начали строить с 1859 г. За три года были построены двухпутные тоннели длиной 427 и 1280 м на Петербург-Варшавской железной дороге. До конца прошлого столетия сооружено большое количество тоннелей на железных дорогах Кавказа, Сибири, Урала. Самым крупным был Сурамский тоннель в Закавказье длиной 4 км, построенный в 1886—1890 гг. До Великой Октябрьской социалистической революции в нашей стране было сооружено несколько десятков крупных горных однопутных и двухпутных тоннелей на железных дорогах Дальнего Востока.

После Великой Октябрьской социалистической революции построены крупные тоннели на линиях Казань — Свердловск, Мерефа — Херсон, на Черноморской железной дороге и ряд тоннелей на востоке страны. Большое число железнодорожных тоннелей построено на БАМе.

Железнодорожные тоннели строили различными способами с обделками, защищающими движущиеся поезда от обвалов горных пород, из каменной кладки на известковых растворах, а позднее из бетона.

Первая линия метрополитена была построена в Англии в 1863г. в Лондоне. С этого времени сеть метрополитенов быстро росла. В 1892—1894 гг. были построены линии метрополитенов в Чикаго и Нью-Йорке (США).

В СССР строительство метрополитенов, начатое в 1930 г., ведется непрерывно. На 1 января 1988 г. протяженность Московского метрополитена составляет 224 км. Построены метрополитены в Ленинграде, Киеве, Тбилиси, Харькове, Баку, Ташкенте, Горьком, Минске, Новосибирске, Куйбышеве. Строятся метрополитены в Днепропетровске и других городах.