ВОДОПРОПУСКНАЯ ТРУБА Российский патент 1994 года по МПК E01F5/00 

Изобретение относится к строительству водопропускных сооружений под насыпями железных и автомобильных дорог, дамбами и другими насыпными сооружениями.

Известна водопропускания труба под насыпью, содержащая лотковый элемент, состоящий из двух шарнирно соединенных звеньев, и свободно установленный на нем сводчатый элемент с консолями, при этом консоли снабжены упорами для ограничения перемещения звеньев лоткового элемента (см. авт.св. N 1030464, кл. Е 01 F 5/00, 1983).

Известна водопропускная труба, содержащая сегментные элементы, соединенные между собой верхним и нижним горизонтальными шарнирами с осями, лежащими в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом внешний контур нижней части трубы выполнен в форме прямоугольника, а боковые шарниры расположены в верхней части (см. авт.св. N 800278, кл. Е 01 F 5/00).

Так как по боковым поверхностям происходит формирование отпора, при этом качественного уплотнения в непосредственной близости от боковых поверхностей трубы с помощью современных машин без применения ручного труда добиться трудно, то существует большая вероятность недопустимых деформаций четырехшарнирной трубы и выхода ее из строя, особенно в условиях, характеризующихся большими внешними нагрузками и высокими насыпями над трубой с основаниями из квазиравнопрочных грунтов. Это обуславливает низкую эксплуатационную надежность водопропускного сооружения.

Известна водопропускная труба, содержащая сегментные элементы, соединенные между собой верхним и нижним шарнирами с горизонтальными осями, лежащими в продольной вертикальной плоскости симметрии трубы с боковыми шарнирами с горизонтальными осями, плиты, длина каждой из которых равна длине сегментного элемента, попарно установленными в горизонтальных плоскостях вдоль трубы в зонах расположения верхнего и нижнего шарниров, при этом каждая плита жестко соединена с соответствующим сегментным элементом (см. авт.св. N 1564253, кл. Е 01 F 5/00, 1990).

Недостаток известной водопропускной трубы заключается в малой несущей способности сооружения при строительстве в условиях, характеризующихся квазипрочными грунтами, распространяющимися в стороны от трубы.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности водопропускной трубы.

Это достигается тем, что в трубе, содержащей сегментные элементы, соединенные между собой верхним и нижним шарнирами с горизонтальными осями, лежащими в продольной вертикальной плоскости симметрии трубы, и боковыми шарнирами с горизонтальными осями, плиты, длина каждой из которых равна длине сегментного элемента, попарно установленные вдоль трубы, а каждая плита жестко соединена с соответствующим сегменным элементом, плиты расположены в радиальных плоскостях, проходящих через продольную ось трубы, под острым углом одна относительно другой в зонах расположения боковых шарниров, слой грунта, заключенный между плитами, содержит добавки упругих тел.

На чертеже изображена водопропускная труба, поперечный разрез.

Водопропускная труба состоит из двух верхних сегментных элементов 1 и двух нижних элементов 2. Соединяются элементы между собой по вертикальному диаметру верхним шарниром 3 и нижним шарниром 4, а также двумя боковыми шарнирами 5 с осями, лежащими в горизонтальной плоскости, проходящей через продольную ось трубы. Сегментные элементы 1, 2 в месте расположения боковых шарниров 5 снабжены плитами 6, 7. При этом плиты 6, 7 расположены в теле насыпи 8 на основании 9. Для удобства уплотнения грунта во время строительства верхние плиты 6 могут быть выполнены сборными, отдельные части которых соединены, например, с помощью болтового соединения.

Водопропускная труба работает следующим образом.

Под действием вертикального давления массы вышележащего грунта и внешней подвижной нагрузки происходит поступательное перемещение трубы вниз по вертикали. Ввиду того, что основание представлено квазиравнопрочными грунтами по обе стороны от трубы, то основание на насыпь оказывает квазиодинаковый отпор и перемещения грунта под нижней кромкой тела сооружения равны по всему поперечному сечению. Вертикальное давление в первую очередь будет восприниматься верхними плитами 6 и верхними сегментными элементами 1, а так как центральная часть сооружения имеет высокую жесткость (в ней расположено тело трубы), а в боках под плитами 6 находятся упругие тела, то плиты 7 и 6 стремятся повернуться относительно боковых шарниров 5 (сблизиться). Это ведет к уменьшению горизонтального диаметра трубы. С другой стороны под действием давления расположенной над трубой грунтовой массы и внешней подвижной нагрузки тело трубы стремится сжаться в вертикальном направлении (труба "расплющивается"). В результате взаимодействия этих двух силовых систем процесс "расплющивания" трубы прекращается. Потенциальная энергия деформированных упругих тел между плитами реализуется в виде сил, нарастающих по мере возрастания вертикального давления. Эти силы оказывают упругое сопротивление как сближению плит 6 и 7, так и перемещениям боковых стенок во внешнюю сторону и прогибам верхней части трубы внутрь сооружения. Вертикальные силы, действующие на трубу, уравновешиваются силами отпора грунта под плитами 6 и 7 и над ними и через них действуют на верхние 1 и нижние 2 сегментные элементы, которые, поворачиваясь в шарнирах, стремятся придать трубе овоидальное сечение, что значительно повышает несущую способность самого тела сооружения. Под плитами 6 и над плитами 7 возникает зона грунта повышенной плотности, т.е. нагрузка от плит перераспределяется на боковые прилегающие к ним слои грунта, выполненного с добавками упругих тел. Это обеспечивает уплотнение последнего и благоприятно сказывается на работе сооружения, так как способствует более активному отпору грунта и по боковым поверхностям трубы, где уплотнение грунта из-за сложностей при строительстве сооружения в первый период эксплуатации недостаточно, и ликвидации "расплющивания" трубы.

При повороте плит 6, 7 относительно боковых шарниров 5 происходит сближение их между собой, при этом точки плит, удаленные от продольной горизонтальной плоскости симметрии, например точка А, проходят большие расстояния (отрезок А-А), чем точки, лежащие ближе к сегментным элементам 1, 2, например точка В (отрезок В-В). Это обусловлено тем, что плиты 6, 7 расположены в радиальных плоскостях, проходящих через продольную ось трубы, и образуют между собой некоторый острый угол. В упругом материале, размещенном между плитами 6, 7, возникают квазиравные напряжения, обусловленные равными относительными удлинениями в вертикальном направлении.

Это благоприятно сказывается на работе материала и конструкции в целом, так как ведет к выравниванию и напряжений, воздействующих на основание 9. С ростом внешней нагрузки сопротивление трубы перемещениям насыпи вниз увеличивается, что вызвано возрастанием сопротивления отпора упругого материала, расположенного между плитами 6 и 7. Труба начинает работать в податливом режиме с крутонарастающей характеристикой ее сопротивления. Сформированный очерченный по криволинейной поверхности в теле насыпи свод равновесия обеспечивает минимальное отслоение грунта в надтрубном пространстве. Вертикальное давление на трубу будет значительно снижено.

Преимущество изобретения - это достижение высокой несущей способности сооружения при строительстве трубы в условиях тяжелых нагрузок на квазиравнопрочных грунтах. Одновременно достигается эффект самоуплотнения грунта в боках от трубы и снижение вертикального давления на ее тело.

Изобретение относится к строительству водопропускных сооружений под насыпями железных и автомобильных дорог, дамбами и другими насыпными сооружениями. Сущность изобретения: устройство содержит сегментные элементы 1, соединенные между собой по вертикальному диаметру верхним 3 и нижним 4 шарниром, а также двумя боковыми шарнирами 5 с осями, лежащими в горизонтальной плоскости, проходящей через продольную ось трубы. Сегментные элементы 1, 2 в месте расположения боковых шарниров 5 снабжены плитами 6, 7. Плиты расположены в теле насыпи 8 на основании 9. 1 ил.

ВОДОПРОПУСКНАЯ ТРУБА, содержащая канал для пропуска воды, образованный смонтированными в грунте сегментными элементами, соединенными между собой верхним, нижним и боковыми шарнирами, оси которых расположены соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях симметрии канала и параллельны его продольной оси, и плиты, каждая из которых жестко соединена с соответствующим сегментным элементом со смещением к одному из двух диаметрально расположенных шарниров и имеет длину, равную длине сегментного элемента, отличающаяся тем, что плиты смещены к боковым шарнирам и лежат попарно в проходящих через продольную ось симметрии канала плоскостях, а заключенный между плитами слой грунта содержит добавки в виде упругих тел.