Мост

Мост — это конструкция, построенная для того, чтобы перекрывать физическое препятствие (такое как водоем, долина, дорога или железная дорога), не перекрывая путь под ним. Он построен с целью обеспечения проезда через препятствие, которое обычно является чем-то, что иным образом трудно или невозможно пересечь. Существует множество различных конструкций мостов, каждый из которых служит определенной цели и применим к различным ситуациям. Конструкции мостов различаются в зависимости от таких факторов, как назначение моста, характер местности, где мост построен и закреплен, материал, используемый для его изготовления, и средства, доступные для его строительства.

Самые ранние мосты, вероятно, были сооружены из поваленных деревьев и ступенек. Люди эпохи неолита строили дощатые мосты через болотистую местность. В Мост Аркадико, построенный в 13 веке на Пелопоннесе, является одним из старейших арочных мостов, которые все еще существуют и используются.

Этимология

Оксфордский словарь английского языка прослеживает происхождение слова bridge от староанглийского слова brycg того же значения.: мост

Оксфордский словарь английского языка также отмечает, что есть некоторые предположения, что это слово может быть восходит непосредственно к протоиндоевропейскому * bʰrēw-. Однако они также отмечают, что «это создает семантические проблемы».

История

Самыми простыми и ранними типами мостов были ступеньки.

Люди эпохи неолита также построили форму дощатого настила через болота; примерами таких мостов являются Sweet Track и Post Track в Англии, которым около 6000 лет. Древние люди также использовали бревенчатые мосты; это деревянный мост, который падает естественным путем или намеренно срублен или перекинут через ручьи. Некоторые из первых созданных человеком мостов со значительным пролетом, вероятно, были намеренно срубленными деревьями. Одним из старейших деревянных мостов является мост Хольцбрюке Рапперсвиль-Херден, пересекающий верхнее Цюрихское озеро в Швейцарии; доисторические деревянные сваи, обнаруженные к западу от дамбы Зеедамм, датируются 1523 годом до нашей эры. Первый деревянный пешеходный мост там вел через Цюрихское озеро; он несколько раз реконструировался в конце 2 века нашей эры, когда Римская империя построила деревянный мост шириной 6 метров (20 футов) для перевозки транспорта через озеро. Между 1358 и 1360 годами Рудольф IV, герцог Австрийский, построил «новый» деревянный мост через озеро, который использовался до 1878 года; он был примерно 1450 метров (4760 футов) в длину и 4 метра (13 футов) в ширину. 6 апреля 2001 года была открыта реконструкция оригинального деревянного пешеходного моста; это также самый длинный деревянный мост в Швейцарии.

 

В Мост Аркадико является одним из четырех микенских поясных арочных мостов, являющихся частью бывшей сети дорог, предназначенных для проезда колесниц, между фортом Тиринф и городом Эпидаврос на Пелопоннесе, на юге Греции. Датируемый греческим бронзовым веком (13 век до н.э.), это один из старейших арочных мостов, все еще существующих и используемых. На Пелопоннесе можно найти несколько неповрежденных арочных каменных мостов эллинистической эпохи.

Величайшими мостостроителями древности были древние римляне. Римляне строили арочные мосты и акведуки, которые могли стоять в условиях, которые повредили бы или разрушили более ранние конструкции. Некоторые стоят и по сей день. Примером является мост Алькантара, построенный через реку Тежу в Испании. Римляне также использовали цемент, который уменьшал разброс прочности натурального камня. Один из видов цемента, называемый пуццолана, состоял из воды, извести, песка и вулканической породы. Мосты изкирпича и раствора были построены после римской эпохи, поскольку технология производства цемента была утрачена (позже открыта заново).

 

В Индии в трактате Каутильи «Артхашастра» упоминается строительство плотин и мостов. Мост Маурьян близ Гирнара был обследован Джеймсом Принцепом. Мост был сметен во время наводнения, а позже отремонтирован Пуспагуптой, главным архитектором императора Чандрагупты I. Использование более прочных мостов с использованием плетеного бамбука и железной цепи было заметно в Индии примерно к 4 веку. Несколько мостов, как военного, так и коммерческого назначения, были построены администрацией Великих Моголов в Индии.

 

Хотя большие мосты деревянной конструкции существовали в Китае во времена периода Воюющих царств, старейшим сохранившимся каменным мостом в Китае является мост Чжаочжоу, построенный с 595 по 605 год нашей эры во времена династии Суй. Этот мост также имеет историческое значение, поскольку он является старейшим в мире мостом с открытым шпангоутом, каменным сегментным арочным мостом. Европейские сегментные арочные мосты восходят, по крайней мере, к мосту Альконетар (приблизительно 2 век н.э.), в то время как огромный мост Траяна римской эпохи (105 г. н.э.) отличался открытыми сегментными арками в деревянной конструкции.

Веревочные мосты, простой тип подвесного моста, использовались цивилизацией инков в Андах Южной Америки незадолго до европейской колонизации в 16 веке.

 

В Ашанти строили мосты через ручьи и реки. Они были построены путем вбивания четырех больших раздвоенных стволов деревьев в русло ручья, размещения балок вдоль этих раздвоенных столбов, затем установки поперечных балок, которые в конечном итоге были покрыты слоем грязи толщиной от четырех до шести дюймов.

 

В 18 веке Хансом Ульрихом Грубенманном, Йоханнесом Грубенманном, а также другими было внедрено множество инноваций в конструкцию деревянных мостов. Первая книга по мостостроению была написана Юбером Готье в 1716 году.

 

Крупный прорыв в мостостроении произошел с возведением Железного моста в Шропшире, Англия, в 1779 году. Впервые в качестве арок для пересечения реки Северн был использован чугун. С промышленной революцией в 19 веке для мостов больших размеров были разработаны ферменные системы из кованого железа, но железо не обладает прочностью на растяжение, чтобы выдерживать большие нагрузки. С появлением стали, обладающей высокой прочностью на разрыв, были построены гораздо более крупные мосты, многие с использованием идей Гюстава Эйфеля.

 

В Канаде и Соединенных Штатах в конце 1700-х — конце 1800-х годов были построены многочисленные деревянные крытые мосты, напоминающие более ранние конструкции в Германии и Швейцарии. Некоторые крытые мосты также были построены в Азии. В более поздние годы некоторые из них были частично сделаны из камня или металла, но фермы обычно все еще делались из дерева; в Соединенных Штатах существовало три типа ферм: ферзевая стойка, арка с заусенцами и Городская решетка. Сотни таких сооружений до сих пор стоят в Северной Америке. Они были привлечены к вниманию широкой публики в 1990-х годах романом, фильмом и пьесой «Мосты округа Мэдисон».

 

В 1927 году пионер сварки Стефан Брила спроектировал первый в мире сварной автомобильный мост, мост Мауржице, который позже был построен через реку Слудвия в Мауржице недалеко от Ловича, Польша, в 1929 году. В 1995 году Американское общество сварки вручило Польше награду за историческую сварную конструкцию моста.

Типы мостов

Мосты можно классифицировать несколькими различными способами. Общие категории включают тип используемых конструктивных элементов, то, что они несут, являются ли они стационарными или подвижными, и используемые материалы.

Типы конструкций

Мосты можно классифицировать по тому, как действия на растяжение, сжатие, изгиб, кручение и сдвиг распределены по их конструкции. В большинстве мостов в той или иной степени используются все эти элементы, но преобладать будут лишь немногие. Разделение сил и моментов может быть довольно четким. В подвесном или вантовом мосту элементы, находящиеся в состоянии натяжения, различаются по форме и расположению. В других случаях усилия могут распределяться между большим количеством элементов, как в ферме.

Балочный мост	Балочные мосты представляют собой горизонтальные балки, поддерживаемые с каждого конца несущими элементами, и могут быть либо просто поддержаны, когда балки соединяются только через один пролет, либо непрерывными, когда балки соединены через два или более пролетов. При наличии нескольких пролетов промежуточные опоры называются опорами. Самые ранние балочные мосты представляли собой простые бревна, перекинутые через ручьи, и аналогичные простые конструкции. В наше время балочные мосты могут варьироваться от маленьких деревянных балок до больших стальных коробок. Вертикальная сила, действующая на мост, превращается в сдвиговую и изгибную нагрузку на балку, которая передается по ее длине на опоры с обеих сторон. Обычно они изготавливаются из стали, бетона или дерева. Балочные мосты и мосты с пластинчатыми балками, обычно изготавливаемые из стали, являются типами балочных мостов. Коробчатые балочные мосты, изготовленные из стали, бетона или из того и другого, также являются балочными мостами. Длина пролетов балочных мостов редко превышает 250 футов (76 м), поскольку изгибные напряжения увеличиваются пропорционально квадрату длины (а прогиб увеличивается пропорционально 4-й степени длины). Однако основной пролет моста Рио–Нитерой, коробчатого балочного моста, составляет 300 метров (980 футов). Самый длинный в мире балочный мост — это дамба озера Пончартрейн на юге Луизианы в Соединенных Штатах, протяженностью 23,83 мили (38,35 км) с отдельными пролетами 56 футов (17 м). Балочные мосты — самый простой и старейший тип мостов, используемых сегодня, и являются популярным типом.
Ферменный мост	Ферменный мост — это мост, несущая конструкция которого состоит из фермы. Эта ферма представляет собой конструкцию из соединенных элементов, образующих треугольные блоки. Соединенные элементы (обычно прямые) могут испытывать нагрузку от растяжения, сжатия, а иногда и от того и другого в ответ на динамические нагрузки. Ферменные мосты — один из старейших типов современных мостов. Основные типы ферменных мостов, показанные в этой статье, имеют простую конструкцию, которую инженеры девятнадцатого и начала двадцатого века могли бы легко проанализировать. Ферменный мост экономичен в строительстве благодаря эффективному использованию материалов.
Консольный мост	Консольные мосты строятся с использованием консолей — горизонтальных балок, опирающихся только на один конец. В большинстве консольных мостов используется пара непрерывных пролетов, которые простираются от противоположных сторон опорных опор до пересечения в центре препятствия, которое пересекает мост. Консольные мосты строятся с использованием практически тех же материалов и технологий, что и балочные мосты. Разница заключается в действии сил, действующих на мост. Некоторые консольные мосты также имеют балку меньшего размера, соединяющую две консоли, для дополнительной прочности. Самый большой консольный мост — это Квебекский мост длиной 549 метров (1801 фут) в Квебеке, Канада.
Арочный мост	Арочные мосты имеют опоры на каждом конце. Вес моста приходится на опоры с обеих сторон. Самые ранние известные арочные мосты были построены греками, и к ним относится мост Аркадико. Солканский мост длиной 220 метров (720 футов) через реку Соча в Солкане в Словении является вторым по величине каменным мостом в мире и самым длинным железнодорожным каменным мостом. Строительство было завершено в 1905 году. Его арка, построенная из более чем 5000 тонн (4900 длинных тонн; 5500 коротких тонн) каменных блоков всего за 18 дней, является второй по величине каменной аркой в мире, уступающей только Фриденсбрюке (Сиратальвиадукту) в Плауэне, и самой большой железнодорожной каменной аркой. Арка Фриденсбрюке, построенная в том же году, имеет пролет 90 м (295 футов) и пересекает долину реки Сирабах. Разница между ними в том, что мост Солкан был построен из каменных блоков, тогда как мост Фриденсбрюке был построен из смеси щебня и цементного раствора. Самым большим арочным мостом в мире является мост Чаотяньмэнь через реку Янцзы длиной 1741 м (5712 футов) и пролетом 552 м (1811 футов). Мост был открыт 29 апреля 2009 года в Чунцине, Китай.
Связанный арочный мост	Арочные мосты с привязкой имеют пролетное строение в форме арки, но отличаются от обычных арочных мостов. Вместо того, чтобы переносить вес моста и транспортные нагрузки в виде сил тяги на опоры, концы арок сдерживаются натяжением в нижней части конструкции. Их также называют арками для тетивы.
Подвесной мост	Подвесные мосты подвешены на тросах. Самые ранние подвесные мосты были сделаны из веревок или виноградных лоз, покрытых кусочками бамбука. В современных мостах тросы свисают с башен, которые прикреплены к кессонам или коффердамам. Кессоны или коффердамы вживлены глубоко в дно озера, реки или моря. К подтипам относятся простой подвесной мост, ленточный мост с напряжением, подвесной мост с нижним пролетом, подвесной мост с подвесной палубой и подвесной мост с самостоятельным креплением. Существует также то, что иногда называют «полу-подвесным» мостом, из которых Паромный мост в Бертон-апон-Тренте является единственным в своем роде в Европе. Самый длинный подвесной мост в мире — 4 608 м (15 118 футов) Мост Чанаккале 1915 года в Турции.
Вантовый мост	Вантовые мосты, как и подвесные мосты, удерживаются тросами. Однако на вантовом мосту требуется меньше кабеля, а башни, удерживающие кабели, пропорционально выше. Первый известный вантовый мост был спроектирован в 1784 году К. Т. (или К. Дж.) Лешером. Самый длинный вантовый мост с 2012 года — это Русский мост длиной 1104 м (3622 фута) в Владивостоке, Россия.
Мост Форд	Мост вброд пропускает воду через дорогу.

Некоторые инженеры подразделяют «балочные» мосты на плитные, балочно-перекрытийные и коробчатые балочные в зависимости от их поперечного сечения. Плита может быть сплошной или с пустотами (хотя это больше не рекомендуется из соображений удобства контроля), в то время как балочно-перекрытие состоит из бетонных или стальных балок, соединенных бетонной плитой. Поперечное сечение коробчатой балки состоит из одноячеистой или многоячеистой коробки.  В последние годы также стало популярным строительство интегрального моста.

Стационарные или разводные мосты

Большинство мостов являются стационарными, что означает, что они не имеют движущихся частей и остаются на одном месте до тех пор, пока не выйдут из строя или не будут снесены. Временные мосты, такие как мосты Бейли, предназначены для сборки, разборки, транспортировки на другое место и повторного использования. Они важны в военной инженерии, а также используются для организации дорожного движения во время восстановления старого моста. Разводные мосты предназначены для того, чтобы уступить дорогу лодкам или другим видам транспорта, которые в противном случае были бы слишком высокими. Обычно они имеют электрическое питание.

Танковый мостовой транспортер (TBT) обладает такой же проходимостью, что и танк, даже при полной загрузке. Он может самостоятельно разворачивать, опускать и загружать мосты, но не может их восстанавливать.

Двухэтажные мосты

Двухэтажные мосты имеют два уровня, такие как мост Джорджа Вашингтона, соединяющий Нью-Йорк с округом Берген, Нью-Джерси, США, как самый загруженный мост в мире, по которому ежегодно проезжает 102 миллиона автомобилей; фермы между уровнями проезжей части обеспечили жесткость проезжей части и уменьшили движение верхнего уровня, когда нижний уровень был установлен через три десятилетия после верхнего уровня. У моста Цинг Ма и моста Кап Шуй Мун в Гонконге на верхних палубах шесть полос движения, а на нижних — две полосы движения и пара путей для поездов метро MTR. Некоторые двухэтажные мосты используют только один уровень для уличного движения; на мосту Вашингтон-авеню в Миннеаполисе нижний уровень предназначен для автомобильного и легкорельсового движения, а верхний — для пешеходного и велосипедного движения (преимущественно студентов Университета Миннесоты). Аналогично, в Торонто на виадуке принца Эдуарда есть пять полос автомобильного движения, велосипедные дорожки и тротуары на верхней палубе; и пара путей для линии метро Блур–Данфорт на нижней палубе. Западный пролет моста Сан–Франциско-Окленд-Бей также имеет два уровня.

Высотный мост Роберта Стивенсона через реку Тайн в Ньюкасл-апон-Тайн, постройка которого была завершена в 1849 году, является ранним примером двухэтажного моста. На верхнем уровне проходит железная дорога, а нижний уровень используется для автомобильного движения. Другие примеры включают Британский мост через Менайский пролив и Крейгавонский мост в Дерри, Северная Ирландия. Мост Оресунн между Копенгагеном и Мальме состоит из четырехполосного шоссе на верхнем уровне и пары железнодорожных путей на нижнем уровне. Тауэрский мост в Лондоне — другой пример двухэтажного моста, центральная секция которого состоит из низкоуровневого опорного пролета и высокоуровневого пешеходного моста.

Виадуки

Виадук состоит из нескольких мостов, соединенных в одну более длинную конструкцию. Самыми длинными и одними из самых высоких мостов являются виадуки, такие как дамба озера Поншартрен и виадук Мийо.

Многоходовой мост

Многоходовой мост имеет три или более отдельных пролета, которые сходятся ближе к центру моста. Многоходовые мосты всего с тремя пролетами выглядят как буква «Т» или «Y», если смотреть сверху. Мосты с несколькими путями встречаются крайне редко. Примерами являются мост Тридж, мост Маргарет и Y-образный мост Зейнсвилла.

Типы мостов по использованию

Мост можно классифицировать по тому, для чего он предназначен, например, для движения поездов, пешеходов или автотранспорта (автомобильный мост), трубопровода (Трубный мост) или водного пути для водного транспорта или движения барж. Акведук — это мост, по которому течет вода, напоминающий виадук, который представляет собой мост, соединяющий точки равной высоты. Автодорожно-железнодорожный мост обеспечивает как автомобильное, так и железнодорожное движение. Overway — это термин, обозначающий мост, который разделяет несовместимое пересекающееся движение, особенно автомобильное и железнодорожное. По мосту могут проходить воздушные линии электропередачи, как и по мосту Сторстрем.

Некоторые мосты предназначены для других целей, например, башня на мосту Новый мост в Братиславе, на котором расположен ресторан, или мост-ресторан, представляющий собой мост, построенный для использования в качестве ресторана. На других башнях подвесного моста установлены передающие антенны.

Защитники природы используют путепроводы дикой природы для уменьшения фрагментации среды обитания и столкновений животных и транспортных средств. Первые мосты для животных появились во Франции в 1950-х годах, и в настоящее время эти типы мостов используются во всем мире для защиты как крупных, так и мелких диких животных.

Мосты также могут использоваться незапланированно. Участки под некоторыми мостами превратились во временные убежища и дома для бездомных, а подпорки мостов по всему миру покрыты распространенными граффити. Некоторые мосты привлекают людей, пытающихся покончить с собой, и стали известны как мосты самоубийц.

Типы мостов по материалу

Материалы, использованные для строительства сооружения, также используются для классификации мостов. До конца 18 века мосты строились из дерева, камня и каменной кладки. Современные мосты в настоящее время строятся из бетона, стали, армированных волокнами полимеров (FRP), нержавеющей стали или комбинаций этих материалов. Живые мосты были построены из живых растений, таких как фикус эластичный корни деревьев в Индии и лозы глицинии в Японии.

Тип моста	Использованные материалы
Консольный	Для небольших пешеходных мостов консолями могут быть простые балки; однако в больших консольных мостах, предназначенных для управления автомобильным или железнодорожным движением, используются фермы, изготовленные из конструкционной стали, или коробчатые балки, изготовленные из предварительно напряженного бетона.
Подвеска	Тросы обычно изготавливаются из стальных тросов, оцинкованных цинком,как и большая часть моста, но некоторые мосты по-прежнему изготавливаются из железобетона.
Арка	Камень, кирпич и другие подобные материалы, которые прочны при сжатии и в некоторой степени при сдвиге.
Балка	В балочных мостах может использоваться предварительно напряженный бетон, недорогой строительный материал, который затем заделывается арматурой. Полученный мост может выдерживать как силы сжатия, так и растяжения.
Ферма	Треугольные детали ферменных мостов изготавливаются из прямых и стальных прутьев в соответствии с конструкциями ферменных мостов.

Анализ и проектирование

В отличие от зданий, проектированием которых руководят архитекторы, мосты обычно проектируют инженеры. Это вытекает из важности инженерных требований, а именно перекрытия препятствия и долговечности, необходимой для выживания при минимальном техническом обслуживании в агрессивной внешней среде. Сначала анализируются мосты; распределения изгибающего момента и силы сдвига рассчитываются в зависимости от приложенных нагрузок. Для этого метод конечных элементов является наиболее популярным. Анализ может быть одно-, двух- или трехмерным. Для большинства мостов достаточно двумерной пластинчатой модели (часто с балками жесткости) или модели конечных элементов в стойке. По завершении анализа мост спроектирован таким образом, чтобы выдерживать приложенные изгибающие моменты и силы сдвига, размеры сечений выбираются с достаточной способностью выдерживать нагрузки. Многие мосты изготавливаются из предварительно напряженного бетона, который обладает хорошими прочностными свойствами либо путем предварительного натяжения балок перед установкой, либо после натяжения на месте.

В большинстве стран мосты, как и другие сооружения, проектируются в соответствии с принципами расчета коэффициента нагрузки и сопротивления (LRFD). Проще говоря, это означает, что нагрузка увеличивается в разы, превышающем единицу, в то время как сопротивление или пропускная способность конструкции уменьшается в разы, меньшие единицы. Влияние учтенной нагрузки (напряжения, изгибающего момента) должно быть меньше, чем учтенное сопротивление этому воздействию. Оба этих фактора допускают неопределенность и больше, когда неопределенность больше.

Эстетика

Большинство мостов имеют утилитарный внешний вид, но в некоторых случаях внешний вид моста может иметь большое значение. Часто это имеет место с большим мостом, который служит въездом в город или пересекает главный вход в гавань. Иногда их называют мостами-визитками. Проектировщики мостов в парках и вдоль бульваров также часто придают большее значение эстетике. Примеры включают мосты с каменной облицовкой вдоль бульвара штата Таконик в Нью-Йорке.

Мосты, как правило, более эстетичны, если они простой формы, настил тоньше пропорционально его размаху, линии конструкции непрерывны, а формы элементов конструкции отражают действующие на них силы. Для создания красивого изображения некоторые мосты строятся намного выше, чем необходимо. Этот тип, часто встречающийся в садах в восточноазиатском стиле, называется Лунным мостом, напоминающим о восходящей полной луне. Другие садовые мосты могут пересекать только сухое русло из гальки, вымытой ручьем, предназначенное только для создания впечатления о ручье. Часто во дворцах мост строят через искусственный водный путь как символ прохода к важному месту или состоянию души. Набор из пяти мостов пересекает извилистый водный путь в важном внутреннем дворе Запретного города в Пекине, Китай. Центральный мост был зарезервирован исключительно для императора и императрицы с их сопровождающими.

Техническое обслуживание моста

Предполагаемый срок службы мостов варьируется от 25 до 80 лет в зависимости от местоположения и материала.

При надлежащем обслуживании и реабилитации мосты могут стареть сто лет. Техническое обслуживание мостов, состоящее из сочетания мониторинга состояния конструкций и тестирования. Это регулируется инженерными стандартами конкретной страны и включает постоянный мониторинг каждые три-шесть месяцев, простое тестирование или инспекцию каждые два-три года и серьезную инспекцию каждые шесть-десять лет. В Европе стоимость обслуживания значительна и в некоторых странах выше, чем расходы на новые мосты. Срок службы сварных стальных перемычек может быть значительно продлен за счет последующей обработки сварных швов. Это дает потенциальную высокую выгоду при использовании существующих перемычек намного дольше запланированного срока службы.

Загрузка трафика на мосту

Хотя реакция моста на применяемую нагрузку хорошо изучена, сама по себе применяемая загрузка трафика все еще является предметом исследования.Это статистическая проблема, поскольку нагрузка сильно варьируется, особенно для автомобильных мостов. Эффекты нагрузки в мостах (напряжения, изгибающие моменты) разработаны с использованием принципов расчета нагрузки и коэффициента сопротивления. Перед факторингом, учитывающим неопределенность, влияние нагрузки обычно считается максимальным значением характеристики за указанный период возврата. Примечательно, что в Европе это максимальное значение, ожидаемое за 1000 лет.

Стандарты мостов обычно включают модель нагрузки, которая, как считается, отражает характерную максимальную нагрузку, ожидаемую в период возврата. В прошлом эти модели нагрузки согласовывались экспертными комитетами по разработке стандартов, но сегодня ситуация меняется. Теперь можно измерять компоненты транспортной нагрузки моста, взвешивать грузовики, используя технологии взвешивания в движении (WIM). Благодаря обширным базам данных WIM можно рассчитать максимальный ожидаемый эффект нагрузки в указанный период возврата. Это активная область исследований, посвященная проблемам полос движения во встречном направлении,  полос движения бок о бок (в одном направлении),  роста трафика,транспортных средств с разрешениями / без разрешений и мостов с большим пролетом (см. Ниже). Вместо того, чтобы повторять этот сложный процесс каждый раз при проектировании моста, органы по стандартизации определяют упрощенные модели условной нагрузки, в частности HL-93, предназначенные для получения тех же эффектов нагрузки, что и характерные максимальные значения. Еврокод является примером стандарта загрузки трафика на мосту, который был разработан таким образом.

Транспортная нагрузка на мостах с большим пролетом

Большинство стандартов мостов применимы только для коротких и средних пролетов — например, Еврокод применим только для загруженных участков длиной до 200 м. Более длинные пролеты рассматриваются в каждом конкретном случае. Общепризнано, что интенсивность нагрузки снижается с увеличением пролета, потому что вероятность того, что многие грузовики будут расположены на близком расстоянии друг от друга и будут чрезвычайно тяжелыми, снижается по мере увеличения количества задействованных грузовиков. Также обычно предполагается, что короткие пролеты регулируются небольшим количеством грузовиков, движущихся на высокой скорости, с учетом динамики. С другой стороны, более длинные пролеты регулируются загруженностью, и учет динамики не требуется.

Расчет нагрузки из-за перегруженного движения остается сложной задачей, поскольку в условиях перегруженности данных о промежутках между транспортными средствами, как внутри, так и между полосами движения, недостаточно. Системы взвешивания в движении (WIM) предоставляют данные о зазорах между транспортными средствами, но хорошо работают только в условиях свободного движения. Некоторые авторы использовали камеры для измерения зазоров и длины автомобиля в условиях затора и вывели веса на основе длин, используя данные WIM. Другие использовали микросимуляцию для создания типичных скоплений транспортных средств на мосту.

Вибрация моста

Мосты вибрируют под нагрузкой, и это в большей или меньшей степени усиливает напряжения.Вибрация и динамика, как правило, более значимы для тонких конструкций, таких как пешеходные мосты и большепролетные автомобильные или железнодорожные мосты. Одним из самых известных примеров является мост Такома-Нэрроуз, который рухнул вскоре после постройки из-за чрезмерной вибрации. Совсем недавно мост Миллениум в Лондоне сильно вибрировал под нагрузкой пешеходов и был закрыт и переоборудован системой амортизаторов. Для мостов меньшего размера динамика не является катастрофической, но может способствовать дополнительному усилению напряжений из-за статических воздействий. Например, Еврокод для нагрузки на мост определяет усиление от 10% до 70%, в зависимости от пролета, количества полос движения и типа напряжения (изгибающий момент или сила сдвига).

Динамическое взаимодействие транспортного средства и моста

Было проведено множество исследований динамического взаимодействия транспортных средств и мостов во время пересечения транспортных средств. Фриба проделал новаторскую работу по взаимодействию движущегося груза и балки Эйлера-Бернулли. С увеличением вычислительной мощности модели взаимодействия транспортного средства и моста (VBI) становятся все более сложными. Проблема заключается в том, что одна из многих собственных частот, связанных с транспортным средством, будет резонировать с первой собственной частотой моста.Частоты, связанные с транспортным средством, включают подпрыгивание кузова и подскакивание оси, но есть также псевдочастоты, связанные со скоростью движения транспортного средства и есть много частот, связанных с профилем поверхности. Учитывая большое разнообразие большегрузных транспортных средств на дорожных мостах, был предложен статистический подход с проведением анализа VBI для многих статически экстремальных нагрузок.

Неисправности моста

Выход из строя мостов вызывает особую озабоченность у инженеров-строителей, пытающихся извлечь уроки, жизненно важные для проектирования, строительства и обслуживания мостов.

Разрушение мостов впервые вызвало национальный интерес в Великобритании в викторианскую эпоху, когда строилось много новых конструкций, часто с использованием новых материалов, причем некоторые из них катастрофически разрушались.

В Соединенных Штатах Национальная инвентаризация мостов отслеживает оценку конструкции всех мостов, включая такие обозначения, как «конструктивно несовершенный» и «функционально устаревший».

Мониторинг состояния моста

Существует несколько методов, используемых для мониторинга состояния крупных сооружений, таких как мосты. Многие мосты с большим пролетом в настоящее время регулярно контролируются с помощью ряда датчиков, включая тензодатчики, акселерометры, тензометры и GPS. Преимущество акселерометров в том, что они инерциальные, то есть им не требуется точка отсчета для измерения. Это часто является проблемой при измерении расстояния или отклонения, особенно если мост находится над водой.Краудсорсинг условий строительства моста путем доступа к данным, пассивно снимаемым мобильными телефонами, которые обычно включают акселерометры и датчики GPS, был предложен в качестве альтернативы включению датчиков при строительстве моста и дополнения к профессиональным экзаменам.

Одним из вариантов мониторинга целостности конструкции является «бесконтактный мониторинг», в котором используется эффект Доплера (доплеровский сдвиг). Лазерный луч от лазерного доплеровского виброметра направляется в интересующую точку, а амплитуда и частота вибрации извлекаются из доплеровского сдвига частоты лазерного луча из-за движения поверхности.Преимущество этого метода в том, что время настройки оборудования сокращается, и, в отличие от акселерометра, это делает возможными измерения на нескольких конструкциях за максимально короткое время. Кроме того, этот метод позволяет измерять определенные точки на мосту, к которым может быть труднодоступен. Однако виброметры относительно дороги и имеют тот недостаток, что для измерения необходима контрольная точка.

Моментальные снимки внешнего состояния моста могут быть сделаны с помощью лидара, чтобы облегчить осмотр моста. Это может обеспечить измерение геометрии моста (для облегчения построения компьютерной модели), но точность, как правило, недостаточна для измерения прогибов моста под нагрузкой.

В то время как более крупные современные мосты регулярно контролируются электронным способом, мосты меньшего размера обычно осматриваются визуально обученными инспекторами. Проблема мостов меньшего размера вызывает значительный исследовательский интерес, поскольку они часто расположены далеко и на территории нет электричества. Возможными решениями являются установка датчиков на специализированный инспекционный автомобиль и использование его измерений при проезде по мосту для получения информации о состоянии моста.Эти транспортные средства могут быть оснащены акселерометрами, гирометрами, лазерными доплеровскими виброметрами, а некоторые даже имеют возможность прикладывать резонансную силу к дорожному покрытию, чтобы динамически возбуждать мост на его резонансной частоте.