Мост

Схема конструкции висячего моста.

Опоры моста: устои жёлтые, быки — красные.

Как правило, мосты состоят из пролётных строений (упрощённо — пролёт) и опор. Пролётные строения служат для восприятия нагрузок и передачи их опорам; на них может располагаться проезжая часть, пешеходный переход, трубопровод и так далее. Опоры переносят нагрузки с пролётных строений на основание моста.

Пролётные строения состоят из несущих конструкций: балок, ферм, диафрагм (поперечных балок) и собственно плиты проезжей части. Статическая схема пролётных строений может быть арочной, балочной, рамной, вантовой или комбинированной; она определяет тип моста по конструкции. Обычно пролётные строения прямолинейны, однако в случае необходимости (например, при постройке эстакад и дорожных развязок) им придают сложную форму: спиралеобразную, кольцевую, и так далее.

Пролётные строения поддерживаются опорами, каждая из которых состоит из фундамента и опорной части. Формы опор могут быть весьма разнообразными. Промежуточные опоры называются быками, береговые — устоями. Устои служат для соединения моста с подходными насыпями.

Материалами для мостов служат металл (сталь и алюминиевые сплавы), железобетон, бетон, природный камень, дерево, верёвки.

Схема моста — формула, в которой последовательно представлены размеры расчётных пролётов — расстояния между центрами опорных частей пролётных строений. Если несколько последовательных опорных частей имеют одинаковый размер, указывается их количество, помноженное на размер каждого. Например (вымышленный «мост»), схема моста 5+3x10+4 м значит, что у первого пролётного строения моста расчётный пролёт — 5 метров, три следующих — по 10 метров каждый и пятый — 4 метра[7].

Временные мосты на плавучих опорах называют наплавными, или понтонными.

Мосты бывают одно и много (два, три и так далее) пролётные.

По статической схеме

По статической схеме мосты делятся на балочные, распорные и комбинированные.

• Балочные — самый простой вид мостов. Предназначены для перекрытия небольших пролётов. Пролётные строения — балки, перекрывающие расстояние между опорами. Основная отличительная особенность балочной системы состоит в том, что с пролётных строений на опоры передаются только вертикальные нагрузки, а горизонтальные отсутствуют. Балочные мосты разделяют на следующие типы:
  • Разрезная система — состоит из ряда балок, причём одна балка перекрывает один пролёт. Система статически определима и может применяться при любых типах грунтов. Недостатки: большое количество деформационных швов и обязательное наличие двух опорных частей на каждой промежуточной опоре.
    

    Самый длинный консольный мост (г. Квебек, Канада)
  • Неразрезная система — одна балка пролётного строения перекрывает несколько пролётов или сразу все. Таким образом, пролётное строение неразрезной системы рассчитывается как многоопорная статически неопределимая балка с использованием метода сил, метода перемещений или других методов расчёта статически неопределимых систем, применяемых в строительной механике. Неразрезная система хороша меньшим, чем в разрезной, количеством деформационных швов и меньшей строительной высотой. Недостаток такой системы — чувствительность к деформации основания.
  • Консольная система — состоит из двух типов балок. Одни балки опираются на две опоры и имеют консольные свесы. Другие балки называются подвесными, поскольку опираются на соседние балки. Соединение балок осуществляется при помощи шарниров. Достоинством консольной системы является её статическая определимость, а следовательно, лёгкость расчёта и нечувствительность к грунтам. К недостаткам системы можно отнести большое количество и сложность устройства деформационных швов шарнирного типа, а также нарушение комфортности проезда в зоне шарниров. В настоящее время мосты такой системы сооружаются редко.
  • Температурно-неразрезная система — состоит из двухопорных балок, объединённых в цепь с помощью верхней соединительной плиты. Под действием вертикальных нагрузок такая система работает как разрезная, а под действием горизонтальных — как неразрезная. Её достоинством является меньшее количество деформационных швов, а недостатком — обязательное наличие двух опорных частей на каждой промежуточной опоре.
  • Во всех вышеперечисленных схемах мостов пролётные строения могут изготавливаться как в виде сплошных балок различного сечения, так и в виде решётчатых конструкций, то есть ферм.
  • Ферменные — как правило, железнодорожные мосты с пролётом свыше 50 м. Преимущества фермы — лёгкая конструкция, позволяющая перекрывать достаточно большие пролёты (обычно от 40 до 150 м). Фермы изготавливают из стандартного стального проката. Единственная в мире эксплуатируемая железобетонная мостовая ферма находится в г. Белово Кемеровской области на подъездных железнодорожных путях предприятия.

Микенский арочный мост Аркадико (XIII век до н. э.) — возможно, старейший в мире.

• Распорные системы — отличаются от балочных тем, что нагрузки, передаваемые с пролётных строений на опоры, имеют не только вертикальную, но и горизонтальную составляющую, называемую в строительной механике распором. Выделяют несколько разновидностей распорных систем, довольно сильно отличающихся друг от друга:
  • Арочный мост — классический тип каменного моста, известный с глубокой древности: основными несущими конструкциями являются арки или своды. Арка — криволинейный брус, у которого поперечный размер меньше высоты. Свод — криволинейный брус, у которого ширина сечения значительно больше высоты.
  • Висячие — мост, в котором основная несущая конструкция выполнена из гибких элементов (канатов, цепей и др.), работающих на растяжение, а проезжая часть подвешена. Этот вид представляют все крупнейшие по длине и высоте пролёта мосты мира. Интересным вариантом висячего моста является живой корневой мост, распространённый на востоке Индии.
  • Вантовые — разновидность висячих мостов: функцию основной несущей конструкции выполняет вантовая ферма, выполненная из прямолинейных стальных канатов. Ванты прикреплены к пилонам — высоким стойкам, монтируемым непосредственно на опорах. Пилоны в основном располагаются вертикально, но не исключено и наклонное их расположение. К вантам крепится балка жёсткости, на которой располагается мостовое полотно. Ванты располагаются под углом наклона к горизонтали не менее 30 градусов, так как в противных случаях в них возникают большие усилия, и жёсткость сильно уменьшается. Балку жёсткости лучше выполнять коробчатого сечения, поскольку это улучшает её работу на кручение от временных нагрузок и от действия ветра. Наиболее часто вантовая система применяется при перекрытии глубоких и/или широких рек и в городских условиях.
  • Рамная система — состоит из рам, стойки которых выполняют функцию опор, а ригели — функцию пролётных строений. По форме рамы могут быть Т-образными, П-образными, а также иметь две наклонные стойки и консольные свесы (специального названия не имеют). Достоинствами рамной системы являются небольшая строительная высота и увеличенное по сравнению с балочными системами подмостовое пространство. Всё это делает рамные конструкции удобными для путепроводов и эстакад. Также данная система может быть применена в горных условиях из-за того, что там в силу особенностей рельефа нельзя понизить уровень проезда. Недостатками рамной системы являются сложность строительства и чувствительность к деформации основания. Такие системы в настоящее время малоприменимы из-за дороговизны и специфичности.
• Комбинированная схема — наиболее часто встречается балка с арочной подпругой; как правило, это городские мосты через большие реки.

Разводные мосты

Дворцовый мост в Санкт-Петербурге в разведённом состоянии

Основная статья: Разводной мост

Особый тип мостов — разводные мосты. В разведённом состоянии мост не мешает проходу судов. Своими разводными мостами знаменит Санкт-Петербург, где все мосты через Неву, кроме Большого Обуховского моста, являются разводными.

Особые конструкции разводных мостов:

• мосты, разводимые поднятием средней части:
  • первый тип: пролёт поднимается в горизонтальном положении вверх (например, железнодорожный мост в Ростове-на-Дону);
  • второй тип: пролёт или пролёты поднимаются, поворачиваясь вокруг одного из шарниров (например, Дворцовый мост в Санкт-Петербурге);
• поворотные мосты: у таких мостов средняя часть шарнирно укреплена на стоящей в середине реки опоре. Мост разводится поворотом средней части на 90°, таким образом средняя часть становится параллельна руслу реки. Примером такой конструкции служит Варваровский мост в украинском городе Николаеве, поворотный пролёт которого имеет длину 134 м, и мост в Валенсии, по которому проложена трасса для гонок Формулы-1.

Древнеримский мост Понте де Тиберио в Римини

Природным прототипом моста являлось дерево, упавшее с одного берега на другой. В сущности, такими же являлись и возникшие в глубокой древности примитивные мосты, представлявшие собой перекинутое через ручей бревно (брёвна).

Позже в качестве материала начали использовать камень. Первые подобные мосты стали строить в эпоху рабовладельческого общества. Первоначально из камня делали только опоры моста, но потом и вся его конструкция стала каменной.

В Средние века рост городов и бурное развитие торговли вызвало необходимость в большом количестве прочных мостов. Развитие инженерной мысли позволило строить мосты с более широкими пролётами, пологими сводами и менее широкими опорами. Самые крупные мосты того времени достигают в пролёте более 70 метров.

Средневековый горбатый мост Нотр-Дам в городе Манд, департамент Лозер, Франция

У славян вместо камня используется дерево. «Повесть временных лет» сообщает о постройке моста в Овруче в X веке:

Пошёл Ярополк на брата своего Олега в Деревскую землю. И вышел против него Олег, и исполчились обе стороны. И в начавшейся битве победил Ярополк Олега. Олег же со своими воинами побежал в город, называемый Овруч, а через ров к городским воротам был перекинут мост, и люди, теснясь на нём, сталкивали друг друга вниз.

— Повесть временных лет[8]

В XII столетии в Киеве появился наплавной мост через Днепр. В то время наиболее распространёнными на Руси были арочные деревянные мосты[9].

В то же время у инков получают распространение верёвочные мосты, представляющие собой простейшую форму висячих.

Проект моста через Неву Кулибина

В XVI и XVII веках появилась необходимость в ещё более крупных мостах, которые могли бы пропускать большие корабли. В XVIII веке высота пролёта мостов достигает более чем 100 м. Нереализованным остался проект деревянного одноарочного моста через Неву длиной 298 м, составленный Иваном Петровичем Кулибиным.

Первый в мире металлический мост (Великобритания)

С конца XVIII века для строительства применяется металл. Первый металлический мост был построен в Коулбрукдейле, Великобритания на реке Северн в 1779 году. Высота его пролёта составляла около 30 м, перекрытия представляли собой чугунные арки.

В XIX веке появление железных дорог потребовало создания мостов, способных выдерживать значительные нагрузки, что стимулировало развитие мостостроения. Постепенно в качестве основных материалов в мостостроении утверждаются сталь и железо. Густав Эйфель в 1877 году построил арочный мост из литого железа через реку Дору в Португалии. Высота пролёта этого моста составила 160 м. Длиннейшим в Европе конца XIX века был мост через Волгу в Сызрани, построенный по проекту Николая Аполлоновича Белелюбского и составлявший 1443 м в длину. В 1900 году медали на Всемирной выставке в Париже удостоился мост через Енисей в Красноярске (проект Лавра Дмитриевича Проскурякова).

Мост 25 апреля в Португалии

В XX веке мосты стали строить также из железобетона. Этот материал выгодно отличается от стали тем, что не требует регулярной покраски. Железобетон применялся для балочных пролётных строений до 50 м, а арочных — до 250 м. Продолжает применяться и металл — в XX веке были построены крупные металлические мосты — балочный через реку Святого Лаврентия в Канаде (длина пролёта 549 м), через пролив Килл-ван-Килл в США (503,8 м), а также мост «Золотые ворота» в Сан-Франциско, США (длина главного пролёта — 1280 м).

Крупнейшие мосты современности, в том числе, высочайшие в мире Виадук Мийо и мост Акаси-Кайкё (длина главного пролёта 1991 м), относятся к вантовым и подвесным. Подвесные пролётные строения позволяют перекрывать наибольшие расстояния.

Первым (и самым дорогим — до 50 % расходов от общей стоимости строительства) этапом в построении моста является возведение опор. На берегу опоры сооружают в открытых котлованах и в опускных колодцах. На месте каждой будущей опоры на дне реки, залива или пролива, рыхлый слой ила удаляют земснарядами[10] до располагающейся под этим илом более твёрдой, желательно скальной, монолитной породы, на которой затем с помощью кессонов, водолазов[11] и подводных роботов-манипуляторов[12] под водой устанавливают[13] опалубку с арматурой и бетонируют. Слоями железобетонную конструкцию наращивают вверх, пока она не вырастет из-под воды на нужную для данной опоры высоту.

Строительство Подольского мостового перехода в Киеве

При строительстве малых и средних мостов в качестве опор часто используют множество свай — несущих оболочек. Их погружают в грунт при помощи дизельных молотов и электрических вибропогружателей. При возведении больших мостов используют в основном сборные оболочки свай диаметром до 3 м. В настоящее время наиболее популярным фундаментом на свайном основании является фундамент на буронабивных сваях (БНС), сооружаемых бурением в обсадной инвентарной трубе. Данная конструкция применяется как на суше, так и на акватории.

Пролётные строения обычно устанавливают на опоры монтажными кранами. При строительстве больших мостов пролётное строение нередко собирают на берегу и затем перемещают (надвигают) по опорам с одного берега на другой. Навесной метод установки предполагает наращивание конструкции от опоры моста в его пролёт. При этом применяют навесной монтаж с помощью крана, двигающегося по уже построенной части (для металлических пролётных строений) или же навесная сборка с изготовлением отдельных элементов на заводе и последующей транспортировкой их к объекту (для железобетонных).

С середины 90-х годов XX века начала применяться технология изготовления плитно-ребристых пролётных строений из монолитного предварительно напряжённого железобетона[14]. Данная технология имеет ряд преимуществ по сравнению с сооружением пролётного строения из сборных элементов[15].

Иначе происходит строительство навесных мостов: оно начинается с установки пилонов; затем на них подвешиваются временные кабели. С их помощью производится навивка основных кабелей моста, после чего монтируют подвески и балку жёсткости.

Для сокращения затрат на строительство мостов уменьшают их длину, заваливая землёй некоторые мелководные акватории заливов, проливов и русел рек. Вместо больших и дорогостоящих мостов сооружаются транспортные дамбы и искусственные острова, дополненные сравнительно небольшими и дешёвыми мостами.

Мост Алькантара в Испании

Многие мосты являются выдающимися памятниками зодчества и инженерного искусства. В некоторых городах, таких как Санкт-Петербург или Прага, мосты являются неотъемлемой частью городской архитектуры[9].

В классическом стиле выполнены многие древнеримские мосты: почти лишённые декора, они, тем не менее, за счёт своей массивности и выразительной архитектоники создают ощущение прочности и надёжности (мост Алькантара на реке Тахо, Испания).

В Средние века двумя преобладающими типами стали мосты с полуциркульными (или круговыми) арками и мосты со стрельчатыми арками. Первый тип основывался на римской традиции, второй был заимствован из восточной архитектуры и вскоре потерял популярность, так как неоправданно увеличивал высоту моста. Ещё одним явлением в средневековом мостостроении стали мосты-улицы, появившиеся во всех крупных европейских городах (например, Понте Веккио во Флоренции). В Средние века на мостах появился декор (это произошло в конце XIV века): например, оформленный в готическом стиле Карлов мост в Праге.

Средневековый Карлов мост в Праге известен множеством украшающих его статуй

Совершенствование техники мостостроения в Эпоху Возрождения позволило значительно увеличить соотношение толщины свода к высоте пролёта. Благодаря этому мосты стали более высокими и лёгкими по конструкции[9]. Совершенствуется конструкция каменных мостов: появляются круглые и коробовые своды (Новый мост в Париже). В целом же прослеживается тенденция к подражанию античной архитектуре. Чуть позже появилось барокко, тяготевшее к динамичным композициям и пышному декору. Широко известен барочный Мост Вздохов в Венеции.

Мост Аламильо ночью

В XVIII веке популярностью пользовался классицизм. Мосты, построенные в этом стиле, отличали чёткая симметрия, внимательное отношение к пропорциям сооружения, пролёты больших размеров. Классицизм был широко распространён во Франции (Мост Согласия в Париже) и России (Крестовый мост в Пушкине).

К середине XIX века сформировались основные формы металлических мостов. В этот период большое распространение получили решётчатые балконные фермы. Значительное развитие получили конструкции арочных мостов (см., например, виадук Гараби, построенный Густавом Эйфелем). В конце XIX века популярность приобретают висячие мосты: в 1883 году в США был построен Бруклинский мост, чуть позже — Манхэттенский. Висячие мосты сохраняют свою популярность в XX (мост «Золотые ворота») и XXI веке.

Подъёмный мост — постройка, прикреплённая к барбакану и служащая переправой через крепостной ров, окружающий укрепление. Широко использовался в Средневековье при обустройстве крепостей и замков. Самый древний тип разводного моста.[16]

Понтонный мост

Немецкие сапёры строят мост через реку Прут

До последнего времени водные преграды, в первую очередь реки представляют собой серьёзное препятствие для продвижения сухопутных войск. В связи с этим захват противником или разрушение моста при явной угрозе его захвата остаются важными военными операциями не только тактической, но и стратегической значимости. Для обеспечения наведения переправ или временных мостов, а также их восстановления в армиях создаётся особый вид войск — сапёрные части, выполняющий широкий круг работ по оборудованию местности.

• высочайшие в мире: мост Бэйпаньцзян (565 метров; 2016 г.), виадук Мийо (341 м; 2004 г.) и Русский мост (высота пилонов 321 м); мост Tamina (достроен в июне 2017 г. в Швейцарии) самый высокий однопролётный мост в Европе (высота более 200 м)
• самые длинные в мире: Даньян-Куньшаньский виадук (полная длина 164,8 км, значительная часть проходит по суше); Мост Гонконг — Чжухай — Макао (самый длинный надводный)
• мост У-Бейн (длина ок. 1,2 км, самый длинный и старый деревянный мост в мире, ок. 1850 г.)
• Сургутский мост имеет самый длинный пролёт среди однопилонных вантовых мостов.
• самый длинный прозрачный мост (полностью из стекла) находится в Китае (50 метров, 2015 г.)

Катастрофа на Египетском мосту

Причиной самопроизвольного обрушения моста может стать его неправильная конструкция; архитектору при создании проекта моста следует всегда учитывать возможные природные катаклизмы, такие, как сильный ветер или землетрясение.

Самая ранняя известная крупная катастрофа произошла в 1297 году, когда во время битвы у моста Стирлинг (Великобритания) этот мост оказался перегружен атакующей тяжёлой конницей и обрушился. Позднее от перегрузок обрушились ещё несколько мостов, в частности, мост Ярмуте, (Великобритания, 1845), а также Серебряный мост (США, 1967), «Мост Моранди» в Генуе (2018).

В XIX — начале XX века несколько аварий мостов произошло из-за резонанса, в который входил мост, когда по нему проходили войска: когда частота внешнего воздействия (шаг солдат в ногу) совпадает с собственной частотой колебаний моста — происходит резкое увеличение амплитуды колебаний моста, и конструкция моста не выдерживает этого[17]. Из-за резонанса разрушились: мост в Анжере (Франция, 1850); Такомский мост (США, 1940).

Причиной обрушения может стать естественный катаклизм: в таком случае вина ложится на архитектора, создававшего проект, так как мостостроитель должен принимать во внимание возможность природных бедствий. Железнодорожный мост через Ферт-оф-Тей в Данди, Великобритания, обрушился в 1879 из-за сильного шторма, жертвами этой катастрофы стали 75 человек. В 1953 году лахар уничтожил мост через реку Вангаэху в Новой Зеландии, погиб 151 человек. В 1989 году во время крупного землетрясения в Калифорнии обрушился виадук в Окленде (42 жертвы) и пострадал мост через залив Сан-Франциско: часть несущих конструкций обрушилась на проезжую часть, погиб один человек.

Нередки случаи террористических атак на мосты: их подрыв также является известным средством ведения партизанской войны. Крупнейшая катастрофа такого рода произошла в Индии в 2002, когда был подорван железнодорожный мост через реку Дхава, было убито 130 человек.

Известны похищения и кражи мостов, особенно металлических (крадут для сдачи в металлолом):

• В Македонии в феврале 2007 году арестованы два человека за кражу двух девятиметровых мостов весом 200 тонн на реках Црна и Райец[18].
• В Чехии в феврале 2008 года был похищен четырёхтонный металлический мост рядом с городом Хеб[19]. В сентябре того же года железнодорожный мост украли на востоке страны, рядом с деревней Грубчице[20].
• В апреле 2012 года возле города Соколов (Чехия) неизвестные похитили четырёхметровый десятитонный пешеходный мост над железнодорожными путями, предоставив представителям властей поддельные бумаги на его демонтаж[21].
• В декабре 2010 года житель Гайского района Оренбургской области сдал в металлолом понтонный мост.[22]
• В 2011 году в посёлке Норт-Бивер в Пенсильвании также украли металлический мост, находившийся в лесистой местности. Длина составляла примерно 15 м, а ширина — около 6 метров. Сооружение было изготовлено из гофрированной стали. Предположительно, для демонтажа злоумышленник (или группа злоумышленников) использовал газовый резак. Приблизительная стоимость моста составляет $ 100 000. Преступников найти не удалось.
• Мост разобрали и в Карагандинской области в 2016 году.
• В 2016 году в Пугачёвском районе Саратовской области парень украл подвесной мост через реку.
• В октябре 2017 года в Красноярском крае злоумышленники тоже украли мост.

В былинах и сказках восточных славян фигурирует Калинов мост через реку Смородину, который, по одному из толкований, соединяет мир живых с миром мёртвых.

Идиома «наводить мосты» в русском языке значит «знакомиться, устанавливать нужные связи», а «сжигать мосты» — окончательно разрывать связи с кем-либо или чём-либо, лишать себя возможности к отступлению. Про бесполезный спор можно сказать: как два барана на мосту.

Принцип работы летающего парома

• Акведук
• Виадук
• Эстакада
• Путепровод
• Экодук
• Водопропускная труба
• Летающий паром
• Балка Виренделя

• BridgeArt: Искусство строить мосты
• Мосты и тоннели
• Самые самые мосты Архивная копия от 24 декабря 2013 на Wayback Machine (рус.)
• Engineering, History & Construction of Bridges Архивная копия от 5 декабря 2006 на Wayback Machine (англ.)
• Классификация мостов (рус.)
• Самые необычные мосты в мире (рус.).
• Structurae — International Database and Gallery of Engineerings Structures with over 10000 Bridges.
• U.S. Federal Highway Administration Bridge Technology
• The Museum of Japanese Timber Bridges Архивная копия от 23 июня 2011 на Wayback Machine Fukuoka University