От типа 321 к типу 200:  

Структурная эволюция и скачок производительности моста Бейли

Мост Бейли занимает незаменимую позицию в мировом мостостроении благодаря своей стандартизированной модульной конструкции и возможностям быстрого развертывания. Однако «Бейли-Бридж» не является статическим понятием. Поскольку времена изменились и современные транспортные нагрузки резко возросли, система Бейли претерпела критические технические изменения. Целью этой статьи является глубокий анализ фундаментальных различий между традиционным типом 321 (Compact 100) и современным массовым типом 200 (CB200) в философии дизайна, конструктивных характеристиках и применении.

1. Основное отличие I: геометрический скачок панели (ферменного элемента)

Панель — душа моста Бейли. Самая фундаментальная разница между двумя поколениями заключается в высоте основного элемента фермы.

Тип 321 (Compact 100):

Размеры: 3,0 м (Д) x 1,45 м (В).

Характеристики: Это классический дизайн, конструктивно легкий. Во время Второй мировой войны и в послевоенное время его конструкция была достаточной для военной техники и легкого гражданского транспорта того времени.

Ограничения: Высота 1,45 м определяет верхний предел модуля сопротивления сечения и сопротивления изгибу. При работе с длинными пролетами или нагрузками современных тяжелых грузовиков (например, AASHTO HS-25 или HL-93) его механические характеристики быстро достигают потолка. Для компенсации этого необходимо полагаться на добавление большего количества рядов ферм (например, трехрядных, четырехрядных), что приводит к громоздким конструкциям и резкому увеличению потребления стали.

Тип 200 (CB200):

Размеры: 3,048 м (Д) x 2,134 м (В).

Характеристики: По сравнению с типом 321 его высота увеличена почти на 47%. Это «увеличение» представляет собой значительную структурную оптимизацию, резко увеличивающую момент инерции фермы и момент сопротивления сечения.

Скачок производительности: при воздействии одинакового изгибающего момента внутреннее напряжение хорды в панели типа 200 намного ниже, чем в панели типа 321. Это приводит к прорыву в грузоподъемности и достижимых световых пролетах. При том же пролете и нагрузке мост типа 200 часто может удовлетворить требованиям с более обтекаемой конфигурацией (например, с меньшим количеством рядов), что значительно повышает экономическую эффективность и эффективность монтажа.

2. Основное отличие II: смена поколений в системе колод

Если панели — это «скелет» моста, то настил — его «броня». Философия дизайна каждой из них совершенно различна.

321-Тип:

Традиционная конфигурация: Как отмечалось в ранних документах, деревянные доски были обычным явлением.

Характеристики: Деревянный настил легкий, его легко обрабатывать или заменять. Однако при больших нагрузках древесина склонна к износу, гниению и короблению. Он не может образовать эффективную «композитную конструкцию» с основными фермами. Он действует скорее как гибкая опорная поверхность, и нагрузки (особенно сосредоточенные нагрузки на колеса) распределяются неэффективно.

Текущее состояние: В современных автодорожных мостах использование деревянного настила практически полностью исключено из-за его низкой пропускной способности и плохой долговечности.

200-Тип:

Стандартная конфигурация: Цельностальная палуба.

Характеристики: Система типа 200 спроектирована с нуля и включает в стандартную комплектацию настил из высокопрочной стали. Этот настил, часто представляющий собой конструкцию из ортотропных стальных пластин, имеет чрезвычайно высокую местную жесткость и несущую способность.

Преимущество системы: стальные панели настила плотно прикреплены болтами к транцам, образуя жесткое целое. Колесные нагрузки сначала воздействуют на стальной настил, который эффективно распределяет их на расположенные ниже транцы, а затем от транцев на основные фермы (панели). Эта жесткая система настила обеспечивает равномерное распределение нагрузки, предотвращает концентрацию напряжений и является единственным надежным вариантом, позволяющим выдержать повторяющиеся удары современных тяжелых транспортных средств. В системе типа 200 в стандартной конфигурации не используются деревянные доски.

3. Основное отличие III: комплексное усиление вспомогательных компонентов (транков и распорок).

Чтобы соответствовать панелям высотой 2,134 м и тяжелой стальной палубе, все вспомогательные компоненты типа 200 были спроектированы с усилением. Они не взаимозаменяемы с деталями типа 321.

Фрамуги:

Тип 321: используются более легкие двутавровые балки (например, наш транец типа 321 весит около 280 кг). Высота секции и точки подключения рассчитаны только на панель высотой 1,45 м.

Тип 200: необходимо использовать более глубокие и жесткие тяжелые двутавровые балки (например, наш транец типа 200 весит 380 кг). Это связано с тем, что транец должен не только выдерживать огромные нагрузки от колес стального настила, но и его концевые соединения должны также перекрывать верхние и нижние пояса панелей высотой 2,134 м, передавая гораздо большие силы сдвига и моменты.

Крепежные рамы:

Тип 321: используются более легкие раскосы (например, наши крепления типа 321 весят около 19 кг).

Тип 200: С увеличением высоты панели боковая устойчивость фермы (против ветра и раскачивания автомобиля) становится первостепенной. В мосту типа 200 должны использоваться более высокие, тяжелые и более устойчивые вертикальные несущие рамы (около 41 кг) и горизонтальные несущие рамы (около 49 кг), чтобы высокие основные фермы не подвергались боковому короблению при сжатии.

Заключение:

Мост Бейли 321-го типа был революционным изобретением и прародителем модульных мостов. Однако он показывает свой возраст, когда сталкивается со строгими стандартами современной транспортной инфраструктуры.

Мост Бейли типа 200 (CB200) представляет собой систематическую модернизацию, основанную на современных инженерных требованиях (например, стандарте нагрузки AASHTO HS-25). Используя высокопрочные панели высотой 2,134 м (обеспечивающие превосходную механику), стандартную цельностальную платформу (гарантирующую распределение нагрузки и долговечность), а также всесторонне усиленные вспомогательные компоненты (гарантирующие стабильность системы), CB200 стал сегодня бесспорным основным стандартом на рынке сверхмощных модульных стальных мостов.