В последние годы за рубежом построен ряд подвесных и навесных монорельсовых дорог, описанных выше. Эстакады всех навесных дорог изготовлены из железобетона, а всех подвесных дорог — из металла или железобетона.
Эстакады монорельсовых дорог состоят из следующих конструктивных элементов: несущей балки (пути), опорных частей, ригеля опор, стоек опор и фундамента. Наиболее трудоемкими в изготовлении и дорогостоящими являются балки. Затраты на них составляют около 60% стоимости всей эстакады.
На рис. 76, а и б приведены размеры сечений балок построенных в последние годы навесных и подвесных монорельсовых дорог.
На схеме 1 изображено сечение балки навесной дороги, построенной в парке Диснейленд (США). Эта дорога почти на всем протяжении состоит из кривых участков пути. В связи с этим все пролеты эстакады отличаются друг от друга в плане и профиле, поэтому почти каждая балка изготовлялась по индивидуальному проекту. Допускаемое напряжение бетона в балках составляло 400 кГ|см2.
На схеме 2 показано сечение балки навесной дороги, построенной в Кавасаки (Япония). Длина пролета эстакады этой дороги составляет 15 м. Вес балки 21 т.
На схеме 3 приведено сечение балки монорельсовых дорог, построенных в Фюлингене (ФРГ), Нагои (Япония), Наре (Япония) и Токио (Япония). Длина пролетов на указанных дорогах составляет 15—20 м, вес 1 м путевой балки 1900 кг. Высота опор на некоторых дорогах достигала 25 м.
Рис. 76. Размеры сечений балок различных систем монорельсовых дорог (в сантиметрах): а — навесных; б — подвесных
На схеме 4 даны размеры сечения балки навесной дороги в Турине с длиной пролета 20 м. В отличие от балок, применяемых для других дорог аналогичных размеров, балки Туринской дороги не имеют пустот, что позволило укладывать их на 20-метровых пролетах с меньшим количеством арматуры, чем в пустотелых балках.
На схеме 5 показано сечение балки двухпутной навесной дороги в Сиэтле (США). Несколько увеличенные размеры сечения позволили повысить длину пролета до 28 м. Вес одной балки равен 55 т, или вес 1 м около 2 т. Эстакады всех перечисленных выше построенных навесных дорог изготовлены из железобетона, а все путевые балки, за исключением дороги в парке Диснейленд, выполнены из предварительно напряженного железобетона.
На схемах 6—8 приведены размеры сечений путевых металлических балок асимметричных подвесных монорельсовых дорог, построенных в Хаустоне и Далласе (США) и Токио (Япония).
На схеме 9 изображено сечение путевой балки подвесной симметричной монорельсовой дороги, построенной в Нью-Йорке (США). Ранее такая дорога была создана в Лос-Анджелесе (США). Длина балок равна 18,3 м. Высота oпор сварной коробчатой конструкции достигала 17 м. Дорога в Нью-Йорке была построена для вагонов вместимостью 40 пассажиров.
Наибольшее распространение в подвесных монорельсовых дорогах получила симметричная система (схема 10) французской фирмы САФЕЖЕ. Опытные участки такой дороги построены во Франции и Японии. Вся эстакада опытных участков, за исключением фундаментов, изготовлялась из металла. В процессе испытаний для увеличения момента сопротивления кручению на опытном участке во Франции промежуток между стенками коробчатой балки был заполнен бетоном. В связи с этим вес балки длиной 30 м повысился с 24 до 100 т. Вес 1 м балки без бетонного заполнения равен 800 кг.
На схемах 11 и 12 приведены размеры сечений балок подвесных симметричных монорельсовых дорог, запроектированных Промтрансниипроектом для Миасса и Магнитогорска.
При пролете 30 м вес металло-железобетонной балки подвесной дороги французской системы, спроектированной по схеме 11, составил 75 т (в том числе вес металлоконструкций 9 т). Расход железобетона на 1 м балки 0,88 м3, а профильного металла — 300 кг. Конструктивная схема металло-железобетонной балки коробчатого сечения, разработанная Промтрансниипроектом, приведена на рис. 77.
При пролете 30 м вес железобетонной путевой балки двутаврового сечения (схема 12, см. рис. 76) составил 72 т при расходе предварительно напряженного железобетона на 1 м балки 1,05 м3. Расход арматуры на 1 м3 железобетона для прямых участков равен 240 кг, для кривых — до 480 кг.
Для навесной дороги, балка которой имела сечение, соответствующее схеме 3, вес 20 м балки был равен 38 т. Расход предварительно напряженного железобетона на 1 м балки составлял 0,76 м3 при расходе арматуры на 1 м3 железобетона на прямых участках 215 кг и на кривых — до 450 кг.
Для подвесной монорельсовой дороги системы САФЕЖЕ фирмой Тейлор Вудроу (Англия) разработаны новые более экономичные конструкции всех элементов эстакады и их соединений, которые характеризуются следующими особенностями.
Двухколейный путь расположен в полой предварительно напряженной железобетонной балке трапецеидального сечения (рис. 78). Балка значительно отличается от первоначальной французской конструкции, изготовлявшейся из стали и имевшей полукруглую верхнюю половину балки.
Рис. 77. Конструкция металло-железобетонной закрытой балки (проект Промтрансниипроекта)
Железобетонная балка имеет вверху ширину 2286 мм, внизу у основания 1880 мм и высоту 1854 мм. На внутренней стороне боковых стен сделаны вертикальные ребра жесткости с интервалом 610 мм. Внутри каждой боковой стены имеется по четыре предварительно напряженных много- жильных троса диаметром 47,6 мм из высокопрочной низколегированной стали. Длина типового элемента (секции) ходовой балки равна 31,7 м.
В указанных проектах путевые балки укладывались на ригели столбчатых центрифугированных опор, заполненных бетоном и поддерживаемых монолитными, столбчатыми или свайными фундаментами (в зависимости от грунтов на трассе дороги).
Рис. 78. Устройство ходовой балки:
а — продольный разрез балки; б — продольный разрез конца балки; в — типовой поперечный разрез балки; 1 — ребра толщиной 152 мм (10 панелей у каждого конца балки); 2 — ребра толщиной 102 мм (28 панелей в средней части балки); 3 — предварительно напряженные тросы диаметром 47,6 мм; 4 — арматура диаметром 35 мм; 5 — швеллеры поперечной балки сечением 305x90 мм; 6 — опорная прокладка; 7 — положительный токонесущий рельс; 8 — отрицательный токонесущий рельс; 9 — деревянные ходовые дорожки для колес
Наиболее ответственными элементами эстакады являются опорные части, т. е. соединения балки с ригелем опоры. Опорные части делаются подвижными и неподвижными. Неподвижные опорные части наглухо соединяют балку с опорой. При неподвижных опорных частях на опоры передаются тормозные усилия, а также усилия, возникающие вследствие изменения температуры. Подвижные опорные части позволяют балкам перемещаться в продольном направлении, но исключают возможность перемещения в поперечных направлениях и опрокидывания.
Подвижные опорные части устанавливаются в местах образования температурных зазоров, а также на промежуточных опорах для уменьшения тепловых нагрузок.
Наиболее распространенной в навесных дорогах является схема эстакады с неподвижными опорными частями на одной или двух опорах и наличием температурных зазоров через три — шесть пролетов (в зависимости от длины пролета) с установкой на концевых и предконцевых опорах секции подвижных креплений.
В подвесных дорогах, у которых эстакада изготовлена из металла, допускающего большие, чем железобетон, деформации при продольном изгибе опор вследствие колебания температуры балок, подвижные крепления обычно делают через 60—100 м только в местах образования температурных зазоров. В случае железобетонных эстакад подвесных дорог чередование подвижных и неподвижных опорных частей должно происходить так же, как у навесных дорог.
В первых навесных дорогах, построенных в ФРГ и США, применялись подвижные опорные части каткового типа, аналогичные опорным частям, применяемым при строительстве железнодорожных мостов.
На навесной дороге в Сиэтле (США) вместо катковых опорных частей применялись особые устройства на концах балок и ригелях опоры. Эти устройства представляли собой заанкерованные металлические выступы в ригелях опоры и соответственно круглые или овальные гнезда в балке. Круглые гнезда делались в местах неподвижных креплений, овальные — в местах подвижных креплений. Между ригелем опоры и балкой укладывалась прокладка из специальной резины. Кроме того, на кривых участках в местах подвижных креплений предусматривались дополнительные зажимные устройства против опрокидывания.
Устройства подвижных креплений в подвесных монорельсовых дорогах довольно трудоемки. Для железобетонной балки подвесной дороги не найдено удачной конструкции подвижных креплений как в отечественных, так и в зарубежных проектах.
В проектах подвесных дорог из железобетонных конструкций, выполненных Промтрансниипроектом и Метрогипротрансом, в местах подвижных креплений применялись сложные устройства, основанные на принципе опирания балок, а не на принципе подвешивания их к опорам.
В местах образования температурных зазоров для избежания ударов под дорожки качения тяговых и направляющих колес устанавливаются металлические гребенчатые соединения.
У некоторых построенных дорог на балку уложены металлические или деревянные дорожки качения, чтобы предотвратить образование выбоин в железобетоне под тяговыми колесами. Специальных дорожек качения для направляющих колес не делается, они обычно катятся непосредственно по железобетону.
Опоры и фундаменты эстакад монорельсовых дорог принципиально ничем не отличаются от опор и фундаментов железнодорожных мостов и эстакад.
Опоры всех построенных навесных дорог изготовлены из железобетона прямоугольного сечения с размерами стенки внизу 1,0— 1,2 м. Опоры двухпутных дорог прямоугольного сечения имеют больший момент сопротивления кручению, возникающему от тормозных нагрузок.
Металлические опоры однопутных подвесных дорог делаются сварными прямоугольными с сечением 0,8 X 0,8 м или цельнометаллическими круглыми диаметром 0,8 м. В проектах монорельсовых дорог находят также применение опоры из центрифугированных стоек-оболочек с преднапряженным железобетоном диаметром 1,0—1,3 м, однако такие опоры пока еще не построены.
Типовая опора для двухпутной линии английской монорельсовой дороги имеет Т-образную форму (рис. 79). Были разработаны также опоры в виде портала и консоли (укосины) для однопутной линии. Типовая опора имеет квадратное сечение со стороной 1,52 м и изготовляется из армированного бетона. При необходимости в соответствии с местными условиями и месторасположением опоры ей может быть придано прямоугольное сечение эквивалентной прочности.
Рис. 79. Устройство Т-образной опоры
Фундаменты допускается применять любого типа: из монолитного бетона, сборные или в виде сваи. Типовая Т-образная опора двухпутной дороги имеет общую высоту над поверхностью 11,584 м и обеспечивает зазор между низом вагонов и поверхностью земли 5,03 м. Ширина верхней поперечной балки равна 9,6 м.
Разработанный метод закрепления ходовой балки на поперечных балках опоры предусматривает изготовление на концах балок специальных поперечин из двух швеллеров, соединенных с арматурой балки и армированных бетоном (см. рис. 78). При монтаже балки на опорах эти поперечины устанавливаются на специальные приливы поперечных балок опор, причем в местах опирания размещаются резиновые прокладки (рис. 80).
Хотя нормальный шаг опорных колонн равен 31,7 м, практически могут быть изготовлены и перевезены без каких-либо затруднений ходовые балки значительно большей длины. Для криволинейных участков спроектированы ходовые балки длиной 15,24 и 22,86 м.
Рис. 80. Способ крепления секций ходовой балки к опорной стойке:
1 — поперечный швеллер, армированный бетоном; 2 — монтажная резиновая прокладка
Фундаменты эстакад монорельсовых дорог, так же как и для мостов, в зависимости от грунтовых условий делаются монолитными (рис. 81, а), столбчатыми (рис. 81, б) в виде свай-оболочек или высоких свайных ростверков (рис. 81, в) и кессонные. Кессонные фундаменты построены для навесной монорельсовой дороги Токио — Ханеда в районе прохождения ее по морскому заливу.
Монорельсовые дороги могут прокладываться над улицами и домами городов, по земле, над водой, под водой и под землей. Характерной в этом отношении является двухпутная навесная монорельсовая дорога в Токио протяжением 14 км, которая проходит над улицами и домами, по морскому заливу, под водой и под землей.
Как отмечалось выше, эстакада монорельсовых дорог конструктивно отличается от автодорожных эстакад и железнодорожных мостов только в части конструкции путевых балок и опорных частей; все остальные элементы конструкции эстакады выполняются аналогично мостовым.
Рис. 81. Схемы фундаментов:
1 — монолитный бетон; 2 — опора; 3 — железобетонная оболочка; 4 — бетон-заполнитель; 5 — анкер; 6 — свая; 7 — ростверк
Основные размеры эстакад монорельсовых дорог различных систем приведены на рис. 72. Для увеличения длины пролетов в некоторых случаях требуется установка опор не только с поперечными консолями, но и с продольными (при пересечении улиц, каналов, судоходных рек и пр.). Несколько таких опор установлено на монорельсовой дороге Токио—Ханеда (рис. 82).
Рис. 82. Опора с поперечными и продольными консолями монорельсовой дороги в Токио (Япония)
Рис. 83. Пересечение монорельсовых дорог с криволинейными балками (США)
Наиболее сложной конструкцией отличается путь, построенный в США при пересечении монорельсовых дорог, где путевые балки имеют криволинейное очертание как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях (рис. 83).