Arkinis tiltas — apibrėžimas, konstrukcija ir veikimo principas

Arkinis tiltas - tai tiltas su atramomis abiejuose galuose, suformuotomis kaip lenkta arka. Arkiniai tiltai veikia perduodami tilto svorį ir apkrovas iš dalies į horizontalią atramų iš abiejų pusių laikomą atramą. Viadukas (ilgas tiltas) gali būti sudarytas iš kelių arkų. Tačiau šiandien paprastai naudojamos kitos, pigesnės konstrukcijos.

Konstrukcija ir pagrindinės dalys

Arkinio tilto pagrindinė dalis yra arka — lenkta struktūra, kuri laiko apkrovas spaudimo jėga. Kitos svarbios dalys:

• Arkos žiedas (lukštas) — elementas, kuris perduoda apkrovą į atramas;
• Stovas ar važiuoklė — viršutinė dalis, ant kurios klojamas kelias arba geležinkelis;
• Atramos (abutmentai) — konstrukcijos galai, kurie priima horizontalią ir vertikalią arkos reakciją;
• Diafragmos ir skersinės sijos — stabilizuoja arką ir paskirsto apkrovas;
• Ryšiai ir inkarai — ypač svarbūs sujungiant arką su pamatais arba kai naudojamos strypinės konstrukcijos.

Veikimo principas

Arka veikia daugiausia spaudimo režimu: apkrova nuo važiuoklės perduodama į arką, kuri šią apkrovą per stiebus nukreipia į atramas. Dėl lenktos formos didžioji dalis apkrovos yra transformuojama į horizontalią jėgą (vadinamąją tvirtumą ar thrust), kuri turi būti atsispirta per tvirtas ir gerai įtvirtintas atramas arba per tempimo elementus (tied-arch — „rišamoji“ arka), kurie neutralizuoja horizontalią jėgą.

Medžiagos ir statybos būdai

Ankstyvieji arkiniai tiltai buvo statomi iš akmens arba mūro, nes šioms medžiagoms būdingas geras gebėjimas atlaikyti suspaudimo jėgas. Vėliau pradėta naudoti geležis ir plieną, kurie leido kurti ilgesnes ir plonesnes arkas. XX a. populiarūs tapo arkiniai tiltai iš armuoto betono ir įtempto (prefabricuoto) betono.

Statybos metodai:

• Laikina pašalpa (centring) — laikini santvariniai rėmai, palaikantys arką statybų metu;
• Segmentinė surinkimo technika — arkos elementai gaminami iš anksto ir sujungiami vietoje;
• Antikantileverinis montavimas — arkos statomos iš abiejų pusių į centrą, palaikomos laikinomis konstrukcijomis arba inkarais.

Tipai

Pagrindiniai arkinio tilto tipai:

• Deck arch — važiuojamoji dalis klojama virš arkos;
• Through arch — važiuojamoji dalis kerta arką, o eismas vyksta per arkos ribas (arkos viršuje);
• Tied-arch (rišamoji arka) — arkos horizontali jėga perduodama per rišamąją siją (tempimo elementą), todėl nereikia labai masyvių atramų;
• Multi-span arched viaducts — kelios arkos iš eilės ilgiems perėjimams.

Privalumai ir trūkumai

Privalumai:

• Efektyvus apkrovų perdavimas spaudimu — ekonominis medžiagų panaudojimas;
• Estetika — architektūriniai sprendimai dažnai laikomi vizualiai patraukliais;
• Tinkami perėjimams per upes ar slėnius, kai reikia didesnio aukščio ar atviros erdvės po tiltu.

Trūkumai:

• Reikalingos tvirtos atramos arba papildomi inkarai — didesnės sąnaudos pamatams;
• Sudėtingesnė statyba lyginant su paprastais sijiniais tiltais;
• Ilgesniems tarpams gali būti ne tokie ekonomiški be pažangių medžiagų ar konstrukcinių sprendimų.

Taikymas ir priežiūra

Arkiniai tiltai yra naudojami tiek kelių, tiek geležinkelių tiltuose, pėsčiųjų perėjose ir viadukuose. Dėl savo konstrukcijos jie turi reguliariai tikrinti atramas, siūlių būklę (ypač mūro ar betono arkinėse konstrukcijose), korozijos požymius metalinėse ar vietoj įtemptų elementų — įtempių patikimumą. Modernios atnaujinimo technologijos leidžia pratęsti arkinio tilto tarnavimo laiką, pakeisti segmentus ar sustiprinti pamatų sistemas.

Istoriniai ir šiuolaikiniai pavyzdžiai

Arkiniai tiltai turi ilgą istoriją — nuo romėnų akvedukų ir akmeninių tiltų iki XIX–XX a. plieninių arkų. Šiuolaikiniai inžineriniai sprendimai leidžia kombinuoti archos estetiką su pažangiomis statybinėmis medžiagomis ir technologijomis, taip išlaikant funkcionalumą bei saugumą.

Apibendrinant, arkinis tiltas yra patikima ir ilgaamžė konstrukcija, kurios tinkamumas priklauso nuo vietos sąlygų, reikalingo tarpo, medžiagų ir biudžeto. Nors kai kuriose situacijose šiandien renkamos paprastesnės arba pigesnės konstrukcijos, arkiniai tiltai vis dar išlieka svarbiu tiltų tipų pasirinkimu dėl jų konstrukcinių ir estetinių privalumų.

Paprasti suspaustieji arkiniai tiltai

Paprastų medžiagų privalumai

Akmuo, plytos ir kitos panašios medžiagos stipriai suspaudžiamos. Jos yra gana stiprios šlyties atžvilgiu. Tačiau jos neatlaiko didelės tempimo jėgos. Todėl mūriniai arkiniai tiltai projektuojami taip, kad būtų nuolat gniuždomi. Kiekviena arka statoma ant laikino falcinio karkaso, vadinamo centravimu. Pirmuosiuose gniuždomuosiuose arkiniuose tiltuose tilto viduryje esantis kertinis akmuo nešė likusios tilto dalies svorį. Kuo didesnis svoris tekdavo tiltui, tuo tvirtesnė būdavo jo konstrukcija. Mūriniuose arkiniuose tiltuose, siekiant padidinti šį tilto svorį, virš arkos naudojamas užpildas (paprastai sutankinta skalda). Tai taip pat apsaugo arkos žiedą nuo įtempimo, kai per tiltą juda apkrovos. Taip pat buvo naudojamas nesustiprintas betonas. Kai naudojamas mūras (tašytas akmuo), siekiant sumažinti šlyties jėgas, išpjaunami briaunų kampai. Kai naudojamas atsitiktinis mūras (nešlifuoti ir neparuošti akmenys), jie yra sukalami. Prieš nuimant aptaisus, skiediniui leidžiama sustingti.

Statybos seka

• Jei arkos įrengiamos vandens telkinio dugne (ant atramų ar krantų), vanduo nukreipiamas. Taip daroma tam, kad pirmiausia būtų galima iškasti žvyrą ir vietoj jo įrengti gerą pagrindą (iš tvirtos medžiagos). Ant jų statomi arba pakeliami pamatų poliai iki numatyto arkų pagrindo aukščio. Šis taškas vadinamas spyruokliniu.
• Fasadinis centravimas (angl. Falsework centering, angl. Arch frame) paprastai gaminamas iš tašų. Kiekviena kelių arkų tilto arka sukuria trauką šalia esančioms arkoms. Dėl šios priežasties būtina, kad visos tilto arkos būtų pakeltos vienu metu arba kad būtų naudojamos labai plačios atramos. Galinių arkų trauką į žemę perima dideli (vertikalūs) pamatai prie kanjono sienų.
• Kelios arkos (arba viena arka) statomos virš centravimo. Sukonstravus kiekvieną pagrindinį arkos cilindrą. Arkos stabilizuojamos (arba arka stabilizuojama) užpildytu mūru. Jie gali būti klojami horizontaliomis einančiomis rišamosiomis linijomis (sluoksniais). Jie gali sudaryti dvi išorines sienas, vadinamas spandrelais, kurios vėliau užpildomos atitinkamomis biriomis medžiagomis ir skalda.
• Kelias yra asfaltuotas, o parapetų sienos nukreipia eismą į tiltą.

Limyros romėnų tilto darbų eiga: kai tik buvo užbaigta apatinė arkos briauna, falsifikatas buvo perkeltas į kitą angą

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra arkinis tiltas?

K: Kaip veikia arkiniai tiltai?

K: Ar viadukai gali būti gaminami iš arkų?

K: Ar šiandien viadukams paprastai naudojamos kitos konstrukcijos?

Paieška pagal raidę