Железнодорожный мост — искусственное сооружение, по которому железная дорога пересекает к.-л. препятствие (реку, пролив, ущелье, овраг) или другую дорогу. При пересечении железнодорожных путей с др. дорогой строят путепроводы и эстакады, над оврагами и ущельями прокладывают виадуки. В населенных пунктах железнодорожные мосты строят на линиях трамваев и на наземных линиях метрополитенов — метромосты. Железнодорожные мосты возводят на линиях магистральных железных дорог (в т. ч. на дорогах высокоскоростного наземного транспорта), а также на узкоколейных железных дорог (главным образом на подъездных путях промышленных предприятий). По экономических соображениям крупные мосты чаще всего возводят под ж.-д. и автомобильное движения (совмещённые мосты). К разновидностям железнодорожных мостов относятся наплавные мосты, мостовое полотно которых уложено на плавучие опоры, металлической понтоны или дерев, плашкоуты, и сборно-разборные мосты, обеспечивающие быстрое налаживание ж.-д, переправы через водные препятствия. В ряде случаев по условиям судоходства строят разводные железнодорожные мосты для пропуска судов с перерывом движения поездов. Возвышение остальных железнодорожных мостов над расчетным судоходным горизонтом регламентирует подмостовой габарит. Железнодорожные мосты сооружают под один, два или несколько железнодорожных путей, расстояние между которыми по условиям габарита подвижного состава составляет не менее 4,1 м.
Рис. 3. Металлический мост через р. Лугу на Петербурга-Варшавской железной дороге (проект С. В. Кербедза, 1853— 1857).
Рис. 1. Схемы расположения железнодорожных путей на мостах с ездой поверху (а), посередине (б) и понизу (в);
1 — подмостовой габарит; УП — уровень паводка.
Рис. 2. Статические схемы железнодорожных мостов: а — арочного; б — балочного; в — рамного; г — вантового; 5 — висячего; е — комбинированвого.
Ж.-д. путь может располагаться выше или ниже основные несущих элементов (с ездой поверху или понизу) либо проходить посередине: на одной части длины поверху, на другой — понизу (рис. 1). Основным элементы железнодорожных мостов— пролётные строения с мостовым полотном под
железнодорожный путь, мостовые опоры, опорные части моста. В зависимости от принятой статической схемы пролётных строении (рис. 2) железнодорожные мосты бывают арочные (в т. ч. арочно-консольные), балочные (с разрезными, неразрезными, консольными балками), рамные, вантовые, висячие, а также комбинированные, в которых сочетаются элементы несколько систем. Применение консольных систем в Ж. м. ограничено из-за сложности обеспечения плавности хода подвижного состава в местах расположения шарнирных соединений. Элементы железнодорожных мостов выполняются из различных строит, материалов: дерева, камня, бетона, железобетона, металлической материалов (сталь, чугун, алюминий) либо из их сочетания в различных элементах. В зависимости от того, какой материал выбран для изготовления балок жёсткости, мост наз. деревянным, железобетонным, металлическим.
В отличие от пешеходных и автодорожных мостов железнодорожные мосты испытывают более высокие нагрузки, в т. ч. динамического и ударные, поэтому поперечные сечения элементов их пролётных строений и опор должны быть более мощными. Линейные размеры и сечения определяются также нормами на прогибы пролётных строений от врем, подвижных нагрузок, которые также более жёсткие, чем для авто дорожных мостов. От этих факторов (интенсивности нагрузки и нормируемого прогиба) зависит выбор макс. длины перекрываемых пролётов. Пролётные строения перекрывают пролёт между опорами моста и предназначены для восприятия пост, и временных нагрузок от транспортных средств, ветра, сейсмических воздействий и т. д. и передачи их на опоры.
Основным элементы пролётных строений: гл. несущие конструкции (в т. ч. балки, фермы, арки, своды, рамы, кабели, цепи, пилоны); проезжая часть с мостовым или ездовым (для совмещённых мостов) полотном и балочной клеткой; продольные и поперечные связи между гл. несущими конструкциями, объединяющими их в пространств, жёсткую и геометрически не изменяемую систему. К элементам пролётных строений относятся также портальные рамы (в фермах с ездой понизу) и надарочное строение (в арках с ездой поверху). Для передачи давления с пролётного строения на мостовые опоры служат опорные части, которые также допускают поворот пролётного строения и его горизонтальные перемещения (подвижные опорные части). Мостовые опоры передают нагрузки от пролетного строения грунтовому основанию через фундамент. Опоры сооружают бетонные и железобетонные (сборные и монолитные), реже деревянные, каменные, стальные.
Строительство железнодорожных мостов и развитие мостостроения связаны с прокладкой железных дорог и расширением железнодорожной сети во всех странах. Видная роль в практике и разработке теории железнодорожных мостов принадлежит рус. мостостроителям. Первые железнодорожные мосты для Царскосельской железной дороги спроектированы Д. И. Журавским, создавшим впоследствии ряд проектов крупных мостов, в т. ч. на Петербург-Московской железной дороге. В Ж. м. через р. Мету и Веребьинский овраг были впервые в мировой практике использованы неразрезные девятипролётные фермы с дерев, поясами и раскосами и с металлической тяжами системы амер. инж. У. Гау. Журавским был сделан точный расчёт этих ферм, элементы которых ранее назначались эмпирич. путём (фермы получили назв. ферм Гау — Журавского). Веребьинский мост имел дл. пролётов по 49,7 м и комбинированные опоры (кам. низ и решётчатый дерев, верх), которые имели рекордную для того времени выс. 50 м. Совершенствование конструкции железнодорожных мостов связано с применением металлической конструкций. Примером может служить железнодорожный мост на Петербурго-Варшавской железной дороги через р. Лугу (рис. 3), для которого двухпролётные фермы дл.
м впервые в России были изготовлены из железа отечеств, производства. Автор проекта моста С. В. Кербедз предложил фермы решётчатой конструкции, отличавшейся совершенством, точностью расчёта и правильным распределением усилий в элементах (параллельных поясах и часто расположены на перекрёстных раскосах).
Рис. 4. Арочный каменный мост на Владикавказской железной дороги (вторая пол, 1890-х гг.).
Рис. 5. Типовые унифицированные пролётные строения железнодорожных мостов (предложение Н. А. Белелюбского, 1884).
В то же время в гористой местности строились железнодорожные мосты с применением каменных материалов; был построен ряд таких мостов, отличавшихся не только оригинальными инж. решениями, но и изящным архитектурным исполнением (рис. 4). В кон. в. в конструкции железнодорожных мостов по предложению Н. А. Белелюбского и Кербедза стали использовать литое железо (например, фермы железнодорожных мостов Великой Сибирской магистрали). Ценным вкладом в мостостроение явилось предложение использовать в мостовых конструкциях типовые унифицированные элементы (рис. 5). Первые проекты железнодорожных мостов с типовыми пролётами от 25 до 50 саженей (1 сажень = 2,13 м) с шагом для ферм 5 саженей были разработаны Белелюбеким. В самом длинном для того времени в России и одном из самых протяжённых в мире металлической железнодорожный мост через Амударью (общая длина примерно 1,6 км) были использованы пролёты по 30 саженей. Титовыми пролётами была произведена замена деревяных ферм мостов на Петербург-Московской железной дороги В последнее десятилетие 19 в. ряд железнодорожных мостов построен из типовых пролётных строений с двухраскосой решёткой и параллельными поясами (дл. от 55,87 до 87,78 м) и с параболическими поясами (дл. от 87,49 до 109,25 м). Созданные конструкции оказались настолько перспективными, что продолжают использоваться при разработке типовых элементов в современные мостостроении (рис. 6).
Принципиально новая система ферм консольного типа для больших пролётов железнодорожных мостов была предложена нем. инж. Г. Гербером, подробный расчёт системы выполнил рус. инж. Г. С. Семиколенов. Модель моста с фермами консольного типа, изготовленная из серебра, в 1882 экспонировалась на Всероссийской выставке в Москве. Первый в России железнодорожный мост с консольно-балочными фермами с главным пролётом дл. 67 м был построен в 1887 через р. Сулу (проект Л. Д. Проскурякова). Совмещённый двухъярусный мост такой системы с пролётом 190 м построен в 1907 через Днепр у ст. Кичкас (рис. 7). Такой тип ферм получил применяться предложенные Проскуряковым полигональные фермы с треугольной и шпренгельной решётками. На Всемирной выставке в Париже в 1900 золотой медали удостоена модель Енисейского моста у Красноярска. Мост был крупнейшим в мире, с однопролётной балочной фермой дл. 144 м, рекордной для России. Полигональные фермы были использованы при строительстве в 1915 моста через Волгу у Симбирска (проект Белелюбского). Общая длина моста составила 2,8 км; пролёт имел макс. для того времени длину — 158,4 м. Это был второй по величине мост в России, занявший пятое место в мире по протяжённости мостового перехода. За рубежом в тот период также построен ряд железнодорожных мостов с полигональными фермами, например, в США мост через Миссисипи с пролётом 204 м (рис. 8). В начале 20 в. получают распространение арочные системы. Примерами таких железнодорожных мостов могут служить мосты Московской окружной железной дороги с пролётом 135 м, в которых применена двухшарнирная схема, металлической мост с пролётом 165 м через долину Гараби во Франции. В арочных, а позднее в балочных железнодорожных мостов используется железобетон, идея внедрения которого принадлежит Белелюбскому и рус. инж. А. Ф. Лолейту. Ценный вклад в этом направлении сделал рус. инж. Н. О. Диамандиди, который предложил изготовлять типовые ж.-б. пролётные строения мостов на специализированных заводах.
Рис. 6. Типовые металлические пролётные строения: а — с разрезными балками, разработанные в 50-е гг. 20 в.; б — с неразрезными балками, разработанные в 70-е гг.
Однако эта идея была широкое распространение в мировом железнодорожный мостостроении. В кон. 19 — нач. 20 вв. построены крупные железнодорожные мосты с консольными фермами и пролётами большой длины: Фортский мост в Великобритании (гл. пролёт 521,2 м), через р. Святого Лаврентия в Квебеке (гл. пролёт 549,84 м) и др. Для железнодорожных мостов с большими пролётами стали претворена в жизнь только в 50-е гг. 20 в. В 1913 инж. Н. Б. Каменский разработал серию типовых сборных железобетонных пролётных строений для железнодорожных мостов (рис. 9). Новый подход к применению железобетона был высказан франц. инж. Э. Фрейсине, предложившим принцип предварит. напряжения арматуры. Вопрос выбора конструктивной схемы и материала железнодорожных мостов определяется экономических, технологических, эстетических и др. соображениями. В сер. 10-х гг. 19в. на железных дорогах России было сооружено несколько больших и довольно высоких арочных виадуков с применением бетона и железобетона, имевших пролёты 20 и 25 м. В их числе 13- и 3-пролётный виадуки (рис. 10) на железнодорожной линии Казань — Екатеринбург, 12-пролётный виадук на линии Арзамас — Шиханы и др. Многопролётные ж.-б. эстакады отстроились и на подходах к большим Ж. м., русловая часть которых перекрывалась стальными фермами (например, мост через Амур вблизи Хабаровска, построенный по проекту Г. П. Передерия).
Рис. 10. Трёхпролётный железобетонный виадук на железной дороге Казань — Екатеринбург (проект инж. П. В. Щусева).
Рис. 11. Схема двухъярусного металлического моста с главным пролётом 1990 м (проект, Япония)
Развитие ж.-д. строительства в 50-е гг. поставило перед мостостроением новые задачи: прокладка протяжённых магистралей в различных климатических поясах, по сильнопересечённой местности потребовала проектирования большого числа малых и крупных мостов, строительства их индустриальными методами, создания и применения высокопрочных сталей, новых технологий (в т. ч. сварки), использования унифицированных элементов из сборного и предварительно напряжённого железобетона. Примерами такого строительства являются Байкало-Амурская магистраль (построено более 4200 мостов и труб), ж.-д. линия Белград — Бар в Югославии протяжённостью 476 км (построено 206 ж.-б. и 28 стальных железнодорожных мостов). Крупные мосты на таких магистралях строятся обычно совмещёнными — под ж.-д. и автомобильное движения. К таким сооружениям можно отнести двухъярусный металлической мост в Португалии через р. Тежу у Лиссабона с пролётом 1013 м (1966); вантовый мост с металлической балкой жёсткости и ж.-б. пилонами в Аргентине через р. Парана с пролётом 330 м (1977); мост Героев в югославском г. Братислава с макс. пролётом 204,9 м под два железнодорожного пути для электропоездов и четырёхполосное движение автомобильного транспорта (1972); мост типа «бегущая лань» через ущелье Раздан в Ереване с пролётом 190 м (1988). Крупнейшим в мире является мостовой переход между пятью островами в Японии, построенный в 1988, длиной ок. 10 км. В состав перехода входят висячие мосты с макс. пролётом 1100 м, вантовые мосты с пролётом 420 м и несколько эстакад. Все сооружения имеют два яруса: верхний — под четыре полосы автотранспорта, нижний — под два железнодорожного пути. В Японии разработан проект моста (рис. 11) с пролётом 1990 м. Одним из крупнейших мостов мира станет мост с главным пролётом 3000 м (рис. 12 см. на с. 142) через Мессинский пролив между Италией и Сицилией. Одним из перспективных направлений строительства железнодорожных мостов является сооружение мостов на магистралях высокоскоростного наземного транспорта.
Рис. 9. Типовые железобетонные пролётные строения железнодорожных мостов (19fs): а — для пролёта длиной 5,33 м; б — для пролёта длиной 8,52 м.
Рис. 8. Мост с полигональными фермами через Миссисипи у г. Сент-Луис (1913); ГВВ — горизонт высоких вод; ГМВ — горизонт меженных вод.
Рис. 7. Совмещённый двухъярусный мост консольной системы через Днепр у ст. Кичкас (проект инж. В. Лата, 1907); ГВВ — горизонт высоких вод; ГМВ — горизонт меженных вод.