Проектирование и расчет металлических мостов (вантовые, висячие)

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования 
«Томский государственный архитектурно-строительный университет» 
 
 
 
 
 
А.А. Алексеев, П.А. Елугачев, А.А. Банников 
 
 
 
 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ  
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТОВ  
(вантовые и висячие) 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Томск 
Издательство ТГАСУ 
2024 

УДК 624.21.014:624.5:625.745.1(075.83) 
ББК 39.112.233я73+39.112.254я73 
А471 
 
Алексеев, А.А. 
А471 
Проектирование и расчет металлических мостов (вантовые,
висячие) : учебное пособие / А.А. Алексеев, П.А. Елугачев, 
А.А. Банников. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та,
2024. – 128 с. – Текст : электронный. 
ISBN 978-5-6051704-3-3 
 
Учебное пособие содержит материал в области проектирования 
и расчета металлических вантовых и висячих автодорожных мостов. 
Рассмотрены практические вопросы проектирования и теоретические 
основы расчета металлических конструкций вантовых и висячих автодорожных мостов. 
Учебное пособие содержит материал для освоения основных дисциплин для студентов направления подготовки: 08.03.01 Строительство (бакалавриат). Автомобильные дороги; 08.05.01 Строительство уникальных зданий 
и сооружений (специалитет). Строительство автомагистралей, аэродромов 
и специальных сооружений; 08.04.01 Строительство (магистратура). Проектирование, строительство и эксплуатация автомобильных дорог; 08.03.01 Строительство (бакалавриат). Автодорожные мосты и тоннели; 20.03.01 Техносферная безопасность (бакалавриат). Инженерная защита окружающей среды. 
 
УДК 624.21.014:624.5:625.745.1(075.83) 
ББК 39.112.233я73+39.112.254я73 
 
 
Рецензенты: 
О.В. Работаев, заместитель директора ООО «СибДор»; 
А.А. Бурлуцкий, канд. техн. наук, доцент кафедры автомобильных дорог, декан дорожно-строительного факультета ТГАСУ. 
 
 
 
ISBN 978-5-6051704-3-3 
© Томский государственный 
   архитектурно-строительный 
   университет, 2024 
© Алексеев А.А., Елугачев П.А., 
   Банников А.А., 2024 

ВВЕДЕНИЕ 
Для освоения и разработки новых технологий проектирования 
металлических пролетных строений вантовых и висячих мостов 
проектировщику необходимо обладать знаниями по эскизному и вариантному проектированию, технико-экономическому сравнению 
вариантов, а также расчету металлических пролетных строений различных форм. Практика проектирования мостов характеризуется 
большим разнообразием форм и стилей мостов, которые по праву 
заняли почетное место среди шедевров мирового зодчества. 
Студенты дневной формы обучения имеют возможность 
получить знания и навыки проектирования и расчета конструкций во время аудиторных занятий под руководством преподавателя, студенты заочного факультета могут выполнять курсовые 
проекты и работы только при наличии учебных пособий. 
В настоящем учебном пособии представлены разделы по эскизному проектированию вариантов вантовых и висячих мостов, 
для каждого из вариантов мостового перехода, в свою очередь, 
должна быть найдена наиболее экономически выгодная и технически целесообразная схема моста. 
Конструкциям висячих и вантовых мостов посвящено большое количество работ технического и учебно-методического характера, связанных с их проектированием и строительством. Для 
расчета висячих мостов наиболее распространены смешанный 
метод и метод дополнительных параметров жесткости, являющийся модификацией метода перемещений. 
Для расчета вантовых систем пользуются всеми основными 
методами строительной механики – методом сил, методом перемещений, смешанным методом, а также численными методами 
решения задач прикладной теории упругости в тех случаях, когда 
расчетная схема не может рассматриваться как стержневая система. При расчете сложных систем определенные преимущества 
имеет смешанный метод, поскольку все основные усилия и перемещения при соответствующем выборе основных систем всегда 

могут быть найдены непосредственно в результате решения канонических уравнений, представляемых в матричной форме. 
Применяют также метод конечных разностей и метод конечного 
элемента. В целом происходит постоянное развитие методов деформационного, динамического и аэродинамического расчетов, 
имеющих особо важное значение для висячих и вантовых мостов. 
Основной целью учебного пособия является ознакомление 
студентов всех форм обучения с методами эскизного, вариантного проектирования и расчета элементов металлических конструкций вантовых и висячих мостов. Студенты в процессе изучения материала смогут научиться применять полученные знания 
при выполнении курсового и дипломного проектов по вантовым 
и висячим мостам. 
 
 
 

1. СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТАХ 
1.1. Характеристика и область применения  
металлических мостов 
Металл – современный конструкционный материал, применяемый для строительства автодорожных мостов. Имеет хорошие 
механические характеристики под постоянной и временной автомобильной нагрузкой и в разных климатических условиях, в том 
числе в условиях переменных температур. Хорошо обрабатывается и образовывает элементы необходимой формы. Такие качества металла способствуют его широкому использованию для 
проектирования автодорожных мостов. 
Конструкция стального моста представляет собой сложное 
инженерное сооружение, включающее два главных компонента: 
пролетное строение и опоры. 
Пролетное строение – это центральная часть моста, по которой перемещаются люди и транспортные средства. В зависимости от конструкции пролетов, мосты подразделяются на разные 
типы. Концы пролетных строений опираются на опоры, закрепленные на фундаменте. Металлические мосты состоят из различных типов балок, арочных конструкций, подвесов, а также ферм, 
вант, кабелей. За счет разнообразных комбинаций этих элементов 
инженеры разрабатывают оригинальные архитектурные решения, создавая различные виды металлических мостов. 
Металлические пролетные строения мостов соединяются 
между собой несколькими способами, среди которых выделяют 
три основных типа. 
Болтовые монтажные стыки (фрикционные). Такие соединения применяются в климатических зонах с расчетной минимальной температурой воздуха до −40 °С, для компенсации изменения размеров конструкции из-за тепловых расширений. Соединения могут быть на обычных болтах и на высокопрочных, 
обеспечивающих фрикционные соединения за счет силы трения. 

Болтовой метод требует использования специального оборудования, и его минусами являются высокая стоимость монтажа и крепежных элементов. 
Комбинированные монтажные соединения. Этот тип соединений сочетает использование болтов и сварных швов, что 
позволяет создать прочную цельную конструкцию. При проектировании таких мостов учитывается необходимость комбинирования двух методов для каждого нагруженного узла. Монтаж таких 
конструкций требует различных методов сборки и сварки, что 
обеспечивает надежность и долговечность моста. 
Цельносварной монтаж. Этот тип соединений считается 
наиболее перспективным и универсальным. Технология сборки 
и сварки учитывает все нюансы для качественного соединения 
монтажных единиц. 
Металлические конструкции автодорожных мостов изготавливают из углеродистых или низколегированных сталей. 
Научно-исследовательские институты изучают возможности 
применения более высокопрочных сталей. В настоящее время для 
использования в мостах разрабатываются более легкие дюралюминиевые сплавы. 
 
 
1.2. Достоинства и недостатки металлических мостов 
Достоинства металлических мостов: 
– возможность максимальной индустриализации изготовления (поточное изготовление элементов на заводах); 
– скоростной монтаж из готовых элементов, в том числе 
укрупненными блоками; 
– снижение транспортных расходов; 
– отсутствие работ по омоноличиванию на стройплощадках; 
– значительная простота восстановления по сравнению 
с железобетонными мостами; 
– возможность перекрытия больших и средних пролетов 
преимущественно под автомобильную дорогу; 

– строительство на автодорогах и в городах благодаря легкости конструктивных форм и архитектурным достоинствам. 
Стальные пролетные строения имеют длительные сроки 
службы. Они могут быть сравнительно просто усилены при возрастании временной подвижной нагрузки. 
Эти преимущества в сочетании с высокой удельной прочностью металлов (высокой прочностью при малом весе металлических конструкций) определили область применения металлических мостов. 
Элементы металлических мостов изготавливают на хорошо 
оборудованных заводах и доставляют на место постройки, где 
производят сборку. Сборка металлических мостов может быть 
полностью механизирована, что позволяет вести монтажные работы быстрыми темпами. 
Ржавление (коррозия) металла от действия влаги, сернистых газов и других вредных воздействий является недостатком 
металлических конструкций мостов. Для защиты от ржавления 
элементы металлических конструкций мостов покрывают стойкими красками. Необходим также тщательный надзор за состоянием металла в процессе службы. 
 
 
 

2. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК О МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТАХ 
2.1. Чугунные мосты 
Мосты появились в глубокой древности. Известно, что материалом для их строительства служили дерево и камень. Металл как 
строительный материал для мостов появился значительно позднее. 
Имеются сведения, что старейшие мосты примитивной висячей 
системы с цепями из отдельных железных звеньев строили в Китае 
и, возможно, в Индии. Время появления металлических мостов 
в Европе относится ко второй половине XVIII в. Металлургия 
в XVIII в. находилась еще в начальной стадии своего развития 
и для возведения мостов могла предоставить лишь чугун и в небольших количествах сварочное железо. Поэтому первые металлические мосты были чугунными. В таких мостах пролеты перекрывали балками или арками (рис. 2.1). Балочные чугунные мосты 
не получили распространения, т. к. чугун плохо работает на изгиб. 
Датой рождения металлических мостов считают 1779 г., когда 
в Англии был построен мост из чугуна с пролетом 30,5 м (рис. 2.1). 
Первые арочные чугунные мосты, построенные в конце 
XVIII в., были преимущественно сквозной конструкции из-за 
трудностей с отливкой больших чугунных деталей моста и сборки 
из них пролетных строений. В конструкциях первых чугунных мостов заметно влияние деревянных арочных мостов, довольно хорошо освоенных в то время, выражавшееся в устройстве чугунных 
арок в виде концентрических колец (рис. 2.1), связанных между собой поперечными элементами. Вследствие хрупкости чугуна арки 
из тонких отливок оказались неудовлетворительными в работе под 
подвижной нагрузкой. 
В мостах с небольшими пролетами применяли своды из литых коробок или ребристых секций, а надсводную часть изготавливали из слоя забутки, покрытой засыпкой, несущей мостовую. 
По фасаду надсводную часть таких мостов облицовывали чугунными элементами. В мостах больших пролетов устраивали от

дельные арки из чугунных коробчатых секций со сквозным чугунным надарочным строением. 
 
 
 
Рис. 2.1. Один из первых чугунных арочных мостов, построенных во 
второй половине XVIII в.1 
 
В 1835 г. в Москве через Обводный канал был построен чрезвычайно интересный по конструкции Высокопятницкий мост, впоследствии названный Чугунным. Мост пролетом около 40 м имел 
редкую в то время конструкцию с ездой понизу. Три арки (в поперечном сечении) с помощью железных подвесок поддерживали 
проезжую часть моста. 
Чугун недостаточно хорошо работает при растяжении и динамическом воздействии нагрузки, ввиду этого происходили случаи разрушений чугунных балочных мостов. В 40-х гг. XIX в. появились мосты с чугунно-железными коробчатыми балками, состоявшими из верхней чугунной и нижней железной частей, 
связанных вертикальными железными листами. 
 
1 URL: https://wikiway.com/upload/hl-photo/1c4/5c8/chugunnyy-most_8.jpg 

2.2. Стальные мосты 
Появление в XX в. современных высокопрочных сталей дало 
дополнительные возможности в развитии металлического мостостроения. Постепенно упрощается конструкция пролетных строений, появляются новые виды соединений элементов (сварка, фрикционные соединения на высокопрочных болтах), применяются новые конструктивные формы в виде металлических ортотропных 
плит, чаще проектируются замкнутые, коробчатые и трубчатые сечения элементов мостов. Это создает лучшие условия для широкого применения стальных мостов для перекрытия очень больших 
пролетов. Пролеты балочных мостов достигли 548 м (Квебекский 
мост в Канаде, балочно-консольная система, 1917 г.) (рис. 2.2.), 
в благоприятных условиях применяют арочную систему, пролеты 
которой превышают 500 м. 
 
 
 
Рис. 2.2. Квебекский мост в Канаде2 
 
2 URL: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/16/Pont_de_Québec%2C 
_vue_est.jpg/1200px-Pont_de_Québec%2C_vue_est.jpg