Konsoles tilts — definīcija, konstrukcija un veidi
Uzzini, kas ir konsoles tilts — definīcija, konstrukcija, veidi, materiāli un būvniecības priekšrocības. Tehnisks un praktisks pārskats inženieriem un entuziastiem.
Konsoles tilts ir tilts, kas būvēts, izmantojot konsoles — konstrukcijas elementus, kas balstās tikai vienā galā un brīvi stiepjas otrā galā. Nelieliem gājēju tiltiņiem konsoles var būt vienkāršas sijas, savukārt lieliem konsoļu tiltiem, kas paredzēti autotransporta vai dzelzceļa satiksmei, konsoles parasti veido kopņu sijas no konstrukciju tērauda vai kastu sijas no iepriekš saspriegota betona. Tērauda kopņu konsoļu tilts bija nozīmīgs inženiertehnisks sasniegums, jo ar tā palīdzību var pārvarēt ļoti lielus laidumus — vēsturiski konsoļu konstrukcijas spēja sasniegt vairāk nekā 1 500 pēdu (apm. 460 m) laidumus. Konsoļu tilti būvniecībā piedāvā priekšrocību, ka pāreju pāri šķēršļiem var izbūvēt bez pagaidu balstiem centrālajā laidumā, kas ir īpaši izdevīgi pāri kuģošanas ceļiem vai dzelzceļa līnijām.
Konstrukcijas pamatprincipi
Konsoles tilta pamatā ir sijas vai kopnes, kas izvirzītas no balstiem vai piestiprinātas pie lieliem pāļiem/kolonnām. Katru konsoli raksturo spēja izturēt lieces momentu un šķērsgriezes spēkus, pārvietojot slodzi uz balstu. Lai panāktu pietiekamu izturību un stabilitāti, bieži izmanto šādus risinājumus:
- Kopņu (truss) konstrukcijas: viegls un stingrs variants, kur slodze tiek sadalīta pa savienotām elementu diagonālēm un vertikālēm — bieži lietots ilglaicīgiem un smagiem laidumiem.
- Kastu siju (box girder): cieša, horizontāli un vertikāli stingra profila sija, bieži izgatavota no iepriekš saspriegota betona vai metāla.
- Kompozītmateriāli: modernās konstrukcijās var izmantot arī tērauda un betona kombinācijas, lai optimizētu svaru un izturību.
Galvenie konsoļu tiltu veidi
- Vienkāršs konsoļu tilts: neliels laidums ar vienkāršām konsolēm (piemēram, gājēju tiltiem).
- Simetrisks (balanced) konsoļu tilts: divas vai vairāk konsoles būvē no pretējām pusēm uz centru, līdz tās savienojas. Šī metode samazina nepieciešamos pagaidu balstus un ir bieži lietota modernā segmentu būvniecībā.
- Truss (kopņu) konsoļu tilts: tradicionāls risinājums, kur izmantotas metāla kopnes — piemēram, Forth tilts Skotijā ir slavens konsoļu kopņu tilts.
- Kastveida (box-girder) konsoļu tilts: bieži izbūvēts no iepriekš saspriegota betona vai tērauda — piemērots modernām automaģistrālēm.
Būvniecības metodes
Izplatītākās būvniecības metodes konsoļu tiltiem:
- Balansētā kārtošana (balanced cantilever): segmenti tiek izbūvēti pa pusēm no balsta, līdz tie sastopas centrā. Šo metodi bieži izmanto, kad nepieciešams izbūvēt pāri plašiem šķēršļiem bez pagaidu balstiem.
- Formtraveler piekāršana: speciālas kustīgas veidnes (formtraveler) ļauj veidot betona segmentus tieši uz konsoles.
- Montāža no prefabrikātiem: iepriekš izgatavotus paneļus vai segmentus paceļ un savieno uz vietas ar savilcēm un savienojumiem.
- Montāža pa gabaliem (incremental launching): piemērota dažos gadījumos, bet parasti vairāk izmantojama citos tiltu tipos, nevis klasiskos konsoļu risinājumos.
Priekšrocības un trūkumi
- Priekšrocības:
- Nav nepieciešami pagaidu balsti centrālajā laidumā — mazāka ietekme uz ūdensceļiem, dzelzceļiem vai satiksmi zem tilta.
- Labi piemēroti lieliem laidumiem un grūti pieejamām vietām.
- Segmentu vai moduļu būvniecība ļauj labu kvalitātes kontroli un ātrāku montāžu.
- Trūkumi:
- Sarežģītāks statikas aprēķins — lielas lieces un iekšējās pretslodzes prasa rūpīgu projektēšanu.
- Spēcīgi balsti un pamati ir nepieciešami, lai absorbētu konsolēm piemītošos momentus.
- Tērauda konstrukcijām pastāv noguruma un korozijas risks — nepieciešama regulāra apkope.
- Salīdzinoši dārga izbūve īsiem laidumiem salīdzinājumā ar vienkāršākām sijas konstrukcijām.
Projektēšanas un uzturēšanas apsvērumi
Projektēšanā jāņem vērā lieces momenti, šķērsgriezes spēki, torsija, dinamiskā slodze (piem., satiksmes vibrācijas), temperatūras izplešanās un saraušanās, kā arī zemes nosacījumi pie balstiem. Pamatiem jābūt paredzētiem, lai uztvertu gan vertikālās, gan horizontālās reakcijas, kas rodas konsolēm darbojošoties.
Uzturēšanā svarīgi ir:
- regulāras pārbaudes un defektu monitorings (ārsienu plaisas, savienojumu stāvoklis, korozija),
- tērauda elementu pārkrāsošana un aizsardzība pret koroziju,
- betona virsmu atjaunošana un plaisu injekcija, ja nepieciešams,
- noguruma analīzes un periodiskas pārbaudes svarīgākajos mezglos.
Slaveni piemēri
Vēsturē pazīstami konsoļu tilti ir, piemēram, Skotijas Forth tilts (Forth Bridge) — lielisks tērauda kopņu konsoļu tilta piemērs — un Kanādas Quebec tilts (Quebec Bridge), kas ir viens no garākajiem konsoļu laidumiem pasaulē. Šie tilti demonstrē gan tehniskos izaicinājumus, gan konstrukcijas ilgtspēju pareizas projektēšanas un uzturēšanas gadījumā.
Secinājums
Konsoles tilts ir universāla un tehniski pārdomāta tilta konstrukcija, īpaši noderīga vietās, kur jāizvairās no centrālajiem balstiem vai kad jārada lieli laidumi. Izvēloties materiālus un būvmetodi, jāvērtē gan izmaksas, gan drošības un ekspluatācijas prasības, lai nodrošinātu ilgmūžību un drošu satiksmi pāri šķērslim.
Izcelsme
19. gadsimta inženieri zināja, ka tilts, kas būvēts uz vairākiem balstiem, sadalīs slodzi starp tiem. Tas nozīmēja, ka sijas vai kopnes spriegums būs mazāks, un tas ļāva uzbūvēt garākus laidumus. Vairāki deviņpadsmitā gadsimta inženieri projektēja nepārtrauktus tiltus ar šarnīru punktiem laiduma vidū. Šarnīra izmantošana vairāku laidumu sistēmā nozīmēja, ka inženieri varēja labāk aprēķināt slodzes un spriegumus uz tilta. Tas arī nozīmēja, ka tilts varēja tikt galā ar dažādu pamatu nosēšanos.
Heinrihs Gerbers bija viens no inženieriem, kas ieguva patentu (1866. gadā) un ir atzīts par vienu no pirmajiem, kas uzbūvēja šarnīrveida siju. Hassfurtes tilta pār Mainu Vācijā centrālais laidums ir 124 pēdas (38 metri). To pabeidza 1867. gadā, un tas bija pirmais modernais konsoļu tilts. Citi agrīnie konsoļu tilti bija K. Šālera Smita (C. Shaler Smith) augstais tilts Kentuki štatā (1877), Čārlza Konrāda Šneidera (Charles Conrad Schneider) Niagāras konsoļu tilts (1883) un Džona Frānsisa O'Rurka (John Francis O'Rourke) un Pomeroja P. Dikinsona (Pomeroy P. Dickinson) Pokipsijas tilts (1889). Kentuki upes tilts šķērsoja 275 pēdu (84 m) dziļu aizu. Tas tika būvēts ar kantilveru, kas nozīmēja, ka būvniecības laikā to nevajadzēja balstīt. Slavenākais agrīnais konsoļu tilts ir Forth Rail Bridge. Šim tiltam 17 gadus piederēja pasaules garākā laiduma rekords.
Bendžamins Beikers parādīja, kā darbojas konsoļu sistēma, attēlojot to fotogrāfijā pa kreisi. Centrā redzams piekaramais laidums, uz kura sēž Kaichi Watanabe. Nepieciešamība pretoties apakšējās joslas saspiešanai redzama, izmantojot koka stabus, savukārt augšējās joslas spriegojumu parāda izstieptās rokas. Ārējo pamatu kā konsoles enkuru darbība ir redzama pretsvaru izvietojumā.
Funkcija
Konsoles tilts - konstrukcija, kuras vismaz viena daļa darbojas kā enkurs, lai balstītu citu daļu, kas sniedzas ārpus balsta.
- John Alexander Low Waddell, tiltu inženierija
Vienkāršu konsoles laidumu veido divi konsoles sviras posmi, kas stiepjas no šķērsojamā šķēršļa pretējām pusēm un krustojas centrā. Piekaramajā laidumā konsoļu sviras centrā nesatiekas; tā vietā tās balsta centrālo kopņu tiltu, kas balstās uz konsoļu sviru galiem. Piekaramo laidumu var uzbūvēt ārpus būvlaukuma un pacelt uz vietas vai uzbūvēt uz vietas, izmantojot speciālus pārvietojamus balstus.
ar līdzsvarotu balansējošu konsoli, laidumu līdzsvaro pretējā virzienā vērsti konsoļi. Ja tie ir iestiprināti cietos pamatos, tos sauc par enkuru balstiem. Tilta, kas būvēts uz diviem pamatu balstiem, ir četri konsoļu sviras: divas, kas šķērso šķērsli, un divas enkursviras, kas stiepjas prom no šķēršļa. Tā kā līdzsvaroto konsoļu balstiem nepieciešama lielāka izturība, tilta virsbūve bieži vien ir torņu veidā virs pamatu balstiem. Komodora Barija tilts ir šāda veida konsoļu tilta piemērs.
Tērauda kopņu konsoles atbalsta slodzi, stiepjot augšējos elementus un saspiežot apakšējos. Parasti konstrukcija sadala spriegojumu caur enkuru svirām uz ārējiem balstiem, bet saspiešana tiek novadīta uz pamatiem zem centrālajiem torņiem.
Saspriegtā betona līdzsvarotie konsoļu tilti bieži tiek būvēti, izmantojot segmentu konstrukciju.
Džona P. Greisa piemiņas tilta daļu shēma
Būvniecības metodes
Daži tērauda arkveida tilti (piemēram, Navajo tilts) ir būvēti, izmantojot tikai konsolveida laidumus no katras puses. Tie pēc tam tiek savienoti ar tapu, parasti pēc tam, kad saskares punkts ir atdalīts. Pēc tam, kad ir noņemti stiprinājumi un pievienoti tilta klāji, tilts kļūst par kopņu arkveida tiltu. Šāda bezatbalsta konstrukcija ir iespējama tikai tad, ja ir pieejami piemēroti ieži, kas konstrukcijas laikā uztur spriegojumu laiduma augšējā joslā, parasti šo metodi ierobežojot šauru kanjonu šķērsošanai.
Saraksts pēc garuma
Pasaulē garākie konsoļu tilti (pēc garākā laiduma):
- Kvebekas tilts (Kvebeka, Kanāda) 549 m (1 800 pēdas)
- Forth Bridge (Fērts of Forth, Skotija) 2 x 1710 pēdu (521 m)
- Minato tilts (Osaka, Japāna) 1 673 pēdas (510 m)
- Commodore Barry Bridge (Česteras pilsēta, Pensilvānija, ASV) 1 644 pēdas (501 m)
- Crescent City Connection (divi laidumi) (Ņūorleāna, Luiziāna, ASV) 1 575 pēdas (480 m)
- Howrah Bridge (Kalkuta, Rietumbengālija, Indija) 457 m (1500 pēdas)
- Veterānu piemiņas tilts (Gramercy, Luiziāna, ASV) 4460 pēdu (445 m)
- Sanfrancisko - Oklendas līča tilts (East Bay Span) (Sanfrancisko, Kalifornija, ASV) 1 400 pēdu (427 m)
- Horača Vilkinsona tilts (Batonrūža, Luiziāna, ASV) 1 235 pēdu (376 m)
- Tappan Zee tilts (South Nyack, Ņujorka un Tarrytown, Ņujorka, ASV) 1212 pēdas (369 m)
Piemēri
· 
Kvebekas tilts ir ar iepriekš parādīto vispārējo struktūru.
· 
Fērta Forta dzelzceļa tilts ar trim dubultām konsolēm
· 
Sanfrancisko - Oklendas līča tilta austrumu posms
· .jpg)
Zilā ūdens tilta oriģinālais 1938. gada laidiens.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir konsoļu tilts?
A: Konsoles tilts ir tilts, kas būvēts, izmantojot konsoles, kuras balstās tikai vienā galā.
J: Ko var izmantot kā konsoles nelieliem gājēju tiltiņiem?
A: Nelielām laipām kā konsoles var izmantot vienkāršas sijas.
J: No kā tiek veidotas konsoles lieliem konsoļu tiltiem, kas paredzēti ceļu vai dzelzceļa satiksmei?
A: Lieliem konsoļu tiltiem, kas paredzēti autotransporta vai dzelzceļa satiksmei, konsoles ir kopņu sijas, kas izgatavotas no konstrukciju tērauda, vai kastu sijas, kas izgatavotas no iepriekš saspriegota betona.
J: Kādas ir tērauda kopņu konsoļu tiltu priekšrocības salīdzinājumā ar citiem tiltu veidiem?
A: Tērauda kopņu konsoļu tiltu priekšrocība ir tā, ka tie var pārvarēt vairāk nekā 1500 pēdu garus attālumus, kas tos padara par nozīmīgu sasniegumu inženierzinātnēs.
J: Kādos sarežģītos krustojumos konsolveida tiltus var būvēt vieglāk nekā cita veida tiltus?
A: Konsoļu tiltus var vieglāk būvēt sarežģītos krustojumos, jo tie būvniecības laikā nav jāatbalsta.
J: Kā tilta balsts darbojas kā konsoles?
A: Konsole ir balsts, kas balstās tikai vienā galā un var izstiepties no konstrukcijas, lai nodrošinātu tilta balstu.
J: Kāda ir atšķirība starp nelieliem un lieliem konsoļu tiltiem?
A: Maziem gājēju tiltiem konsoles var būt vienkāršas sijas, bet lieliem konsoļu tiltiem, kas paredzēti autotransporta vai dzelzceļa satiksmei, konsoles ir kopnes, kas veidotas no konstrukciju tērauda, vai kastu sijas, kas veidotas no iepriekš saspriegota betona.
Meklēt