СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННОЕ ПРОЛЕТНОЕ СТРОЕНИЕ Российский патент 1995 года по МПК E01D12/00 E01D101/26 E01D101/30 

Изобретение относится к мостостроению и может быть использовано при строительстве сталежелезобетонных мостов.

Известны сталежелезобетонные пролетные строения [1] содержащие стальные двутавровые балки с продольно-поперечными связями и объединенные с балками на всем протяжении пролетных строений посредством соединительных элементов железобетонные плиты проезжей части, причем в зоне отрицательных моментов над промежуточными опорами железобетонные плиты проезжей части забетонированы на месте и до соединения с верхними поясами главных балок предварительно напряжены высокопрочной арматурой, а в уровне нижних главных балок установлены дополнительные железобетонные плиты для совместной работы с главными балками на сжатие.

Недостаток известной конструкции заключается в повышенной материалоемкости и трудоемкости ее сооружения, связанных с тем, что железобетонные плиты проезжей части, расположенные в растянутых зонах надопорных участков пролетных строений, не разгружают стальные двутавровые балки этих участков, а более того требуют предотвращения недопустимого раскрытия трещин в их сечениях.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является балочное сталежелезобетонное пролетное строение разрезной системы [2] составленное по длине их отдельных сталежелезобетонных блоков, объединенных между собой по высоте в зоне плит проезжей части посредством сухих или клеевых швов, а в зоне балок посредством высокопрочных болтов, причем балки имеют в поперечном сечении форму тавров с обращенными к верху стенками, примыкающими к продольным ребрам плит проезжей части, при этом стенки балок выполнены с увеличением высоты от середины пролета к опорам моста, а продольные ребра с ответным уменьшением, причем линия их сопряжения совмещена с центрами тяжестей сталежелезобетонных сечений.

В консольно-балочных, консольно-рамных и неразрезных системах пролетных строений эта конструкция может быть применена только на участках положительных моментов.

Цель изобретения снижение материалоемкости и трудоемкости монтажа сталежелезобетонных пролетных строений мостов консольно-балочных, рамно-консольных с подвесными пролетами и неразрезных систем.

Цель достигается тем, что сталежелезобетонное пролетное строение, включающее стальные балки, объединенные с железобетонными плитами, имеющими поперечные и продольные ребра, линия сопряжения которых со стальными балками совмещена с центрами тяжести поперечных сечений пролетного строения, и выполненное по длине из отдельных блоков, соединенных между собой с использованием сухих или клеевых швов в зоне железобетонных плит и болтовых и болтосварных соединений в зоне стальных балок, на консольных участках консольных, рамно-консольных систем и в надопорных участках с отрицательными моментами неразрезных систем снабжено стальной ортотропной плитой с обращенными вниз стенками, которые образуют стальные балки, а блоки составлены стальной и железобетонной плитами, соответственно обращенные друг к другу стенки и ребра которых объединены между собой соединительными элементами и имеют коробчатое с консольными свесами поперечное сечение переменной высоты, уменьшающейся на консольных участках к их концам в консольных и рамно-консольных системах и от промежуточных опор к зоне нулевых изгибающих моментов в неразрезных системах при выполнении стальной ортотропной плиты постоянного поперечного сечения, стенок стальных балок и ребер железобетонной плиты переменной высоты, изменяющейся в соответствии с изменением высоты блоков и достигающей высоты блоков на участках с положительными изгибающими моментами, а железобетонной плиты постоянной и переменной толщины, изменяющейся в соответствии с изменением высоты блоков, причем в зоне нулевых изгибающих моментов блоки выполнены со стальными торцами и объединены между собой болтовыми и болтосварными соединениями.

Указанные отличия являются существенными.

По признаку формы поперечного сечения сталежелезобетонных блоков блоки прототипа образованы железобетонными плитами проезжей части и стальными балками в форме тавров с обращенными кверху стенками, объединенными посредством соединительных элементов с продольными ребрами железобетонных плит, блоки заявляемого решения имеют замкнутое коробчатое поперечное сечение, в котором верхняя часть состоит из стальной ортотропной плиты проезжей части с обращенными книзу стальными стенками (вертикальными или наклонными), а нижняя образована корытообразной железобетонной плитой, продольные ребра которой примыкают к стальным стенкам и жестко объединены с ними посредством соединительных элементов.

Известное решение [1] содержит замкнутое коробчатое поперечное сечение пролетного строения в надопорных участках, однако оно образовано стальными двутавровыми балками и прибетонированными после монтажа последних плоскими железобетонными плитами в уровне поясов главных балок, причем плита проезжей части преднапряжена.

Замена железобетонных плит на участках с растягивающими напряжениями стальной ортотропной плитой приводит к тому, что в этом сталежелезобетонном пролетном строении надопорные участки выполнены из стали как в зоне растягивающих, так и в зоне сжимающих напряжений.

По признаку переменности высоты сталежелезобетонных блоков пролетного строения блоки прототипа равно, как и блоки участков заявляемого решения с положительными моментами имеют постоянную высоту, блоки для участков заявляемого решения с отрицательными моментами имеют переменную высоту, максимальное значение которой соответствует надопорному сечению и убывает совместно с высотой стальных стенок и примыкающих к ним продольных железобетонных ребер корытообразной железобетонной плиты к концам консоли рамно-консольных, консольно-балочных систем пролетных строений с подвесными пролетами или к зоне нулевых моментов в неразрезных пролетных строениях, достигая высоты участков пролетного строения с положительными моментами, при обеспечении равенства растягивающих напряжений в горизонтальном стальном листе расчетным сопротивлением стали и сжимающих напряжений в нижних фибрах железобетонной плиты расчетным сопротивлением бетона на сжатие, причем толщина железобетонной плиты должна быть не менее величины, установленной СНиПом, а поперечные размеры ортотропной плиты проезжей части, установленные из условий ее работы на поперечный изгиб, неизменны на всей длине участков.

По признаку формирования монтажного блока на консольных участках (монтируемых "внавес") горизонтальные листы ортотропных плит в монтажных блоках известных конструкций выполняют с припусками на оформление стыка под сварку, подгоняют друг к другу на монтаже и затем сваривают, в то время как заявляемое решение предусматривает подготовку стыка на этапе укрупнительной сборки в стационарных условиях стенда и сварку горизонтальных листов ортотропной плиты после установки блока, оформления клеевого (сухого) шва в железобетонной части блока и болтового стыка стальных стенок блока.

Кроме того, заявляемое решение предусматривает переходные комбинированные сталежелезобетонные блоки, имеющие с одной стороны стальные торцы, сопрягаемые в зоне нулевых моментов посредством болтовых и болтосварных соединений, а с другой стороны комбинацию с оформлением клеевого (сухого) шва в части железобетонного элемента и болтосварного стыка в части стального сечения и позволяющие осуществлять сопряжение участков пролетного строения со сменой места положения сжатого железобетона (из верхней зоны в нижнюю и наоборот), что не предусматривает, например, известная конструкция.

Таким образом, заявляемое сталежелезобетонное пролетное строение обладает совокупностью признаков, отличающих ее от прототипа и известных решений и позволяющих создать в конструкции пролетного строения такое распределение стали и железобетона, при котором сталь, как высокопрочный материал, исключена из сжатой зоны и заменена железобетонной плитой с продольными ребрами переменной высоты, а применяемое членение пролетного строения на сталежелезобетонные блоки с последующим их объединением при монтаже позволяет упростить сборку и включать в совместную работу сталежелезобетонные блоки пролетного строения на всех этапах его работы от сборки до эксплуатации. Перечисленные отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна" и "существенные отличия".

На фиг.1 изображен фасад сталежелезобетонного пролетного строения рамно-консольной системы с подвесными сталежелезобетонными пролетами; на фиг.2 фасад неразрезного сталежелезобетонного пролетного строения; на фиг.3-6 показаны сечения А-А, Б-Б, В-В, Г-Г соответственно на фиг. 2.

Сталежелезобетонное пролетное строение (фиг. 1 и 2) содержит стальные балки 1 и объединенные с ними железобетонные плиты 2 с поперечными и продольными ребрами. Линия 3 их сопряжения совмещена с центрами тяжести сталежелезобетонных сечений.

Сталежелезобетонное пролетное строение составлено из отдельных сталежелезобетонных блоков (Б1, Б2, Б3, Б4 и т.д. для фиг.1 и Б1', Б2', Б3' и т.д. для фиг. 2), соединенных между собой по высоте в зоне железобетонных плит 2 посредством сухих или клеевых швов 4, а в зоне стальных балок 1 посредством болтовых и болтосварных стыков 5.

Подвесное сталежелезобетонное пролетное строение 6 (фиг.1) и участок 7 с положительными моментами сталежелезобетонного неразрезного пролетного строения (фиг.2) выполнены в соответствии с известным решением [2] (фиг.3). Консольные участки 8 рамно-консольного сталежелезобетонного пролетного строения (фиг. 1) и надопорные участки 9 сталежелезобетонного неразpезного пролетного строения (фиг. 2) выполнены из сталежелезобетонных блоков коробчатого поперечного сечения (фиг.5, 6), составленных стальной ортотропной 10 и железобетонной корытообразной плитами, соответственно обращенные друг к другу стенки 11 и ребра 12 которых объединены между собой соединительными элементами.

Высота подвесного сталежелезобетонного пролетного строения 6, как и участка 7 с положительными моментами в неразрезном пролетном строении, определена для срединного сечения и установлена постоянной на всей длине пролета 6 или участка 7.

Консольные участки 8 рамно-консольного (фиг.1) и надопорные участки 9 неразрезного пролетного строения (фиг.2) выполнены с переменной высотой, уменьшающейся на консольных участках к их концам в консольных и рамно-консольных системах и от промежуточных опор к зоне 13 нулевых изгибающих моментов в неразрезных системах при выполнении остальной ортотропной плиты 10 постоянного поперечного сечения, стенок 11 стальных балок 1 и ребер 12 железобетонной плиты переменной высоты, изменяющейся в соответствии с изменением высоты блоков (Б1, Б2 и т.д.), достигающих высоты блоков на участке подвесного пролета 6 или участках 7 с положительными моментами, а железобетонной плиты постоянной и переменной толщины, изменяющейся в соответствии с изменением высоты блоков.

Соединения 5 между отдельными сталежелезобетонными блоками Б1, Б2 и т.д. в зоне стальной стенки 11 и подкрепляющих ортотропные плиты 10 ребер выполнены посредством высокопрочных болтов, а в зоне горизонтального листа посредством сварки. Сопрягаемые сталежелезобетонные блоки (Б4', Б5') в зоне 13 нулевых изгибающих моментов выполнены со стальными торцами 14 (фиг.4) и объединены между собой болтовыми и болтосварными соединениями.

Собранные из отдельных сталежелезобетонных блоков консольные участки 8, 9 с отрицательными моментами способом уравновешенной навесной сборки включаются в работу по мере их наращивания и нарастания постоянной нагрузки от веса монтируемой консоли, веса подвесного пролетного строения (фиг.1) или участка 7 неразрезного пролетного строения (фиг.2), веса проезжей части и тротуаров, а также при приложении временной нагрузки так, что в стальной части пролетного строения, образованной ортотропной плитой 10 в составе с обращенными вниз стенками 11, развиваются растягивающие напряжения, достигающие своих предельных значений в крайних верхних фибрах, а в корытообразных ребристых железобетонных плитах 12 сжимающие напряжения с предельными напряжениями сжатия для бетона в нижних фибрах этих плит. При этом по линии 3 сопряжения между стальной 1 и железобетонной 2 частями, совмещенной с центром тяжести сталежелезобетонных пролетных строений, развиваются сдвигающие усилия, воспринимаемые жесткими упорами, и главное растягивающие напряжения, равнодействующие которых воспринимаются гибкими упорами и соединенными со стальными стенками 11 хомутами (на фигурах не показаны).

Участки пролетных строений 6 и 7 с положительными моментами, имеющие в верхней зоне железобетонные плиты проезжей части, а в растянутой зоне стальные балки, включаются в работу с момента их освобождения от подмостей, перевозки и установки в пролет с опиранием на концы консоли для случая подвесного пролета (фиг.1) или после объединения с участками 9 посредством стыка 14 в зоне 13 нулевых моментов в неразрезном пролетном строении (фиг.2) так, что в железобетонных ребристых плитах 2 проезжей части развиваются сжимающие напряжения, а в стальных балках 1 растягивающие напряжения, достигающие своих предельных значений в крайних фибрах сечений на длине участков 6 и 7. При этом стальные балки 1 могут иметь в плоскости нижнего пояса сплошной ортотропный настил 15 с обращенными кверху ребрами подкрепления, образуя при этом более жесткое коробчатое сталежелезобетонное поперечное сечение, как это принято для участков 8 и 9 пролетного строения.

Применение сталежелезобетонного пролетного строения (фиг.1 и 2) позволяет снизить металлоемкость сталежелезобетонных мостов за счет размещения по всей высоте сжатой зоны железобетонной ребристой плиты и соответственно по всей высоте растянутой зоны стальных балок с ортотропной плитой при полном исключении металла из сжатой зоны, а также за счет объединения их в совместную работу на самых ранних стадиях монтажа конструкции пролетного строения. Изготовление сталежелезобетонного пролетного строения составным по длине из отдельных сталежелезобетонных блоков с последующим объединением их между собой на монтаже посредством болтосварных стыков в зоне стальной части и посредством сухих или клеевых швов в зоне железобетонных плит в надопорных участках с отрицательными моментами позволяет снизить трудоемкость за счет существенного упрощения конструкции и технологии выполнения соединений, исключающей мокрые процессы, обжатие пучками высокопрочной арматуры, регулирование усилий. Возможность монтажа участков с положительными моментами в виде целых объединенных блоков также снижают трудозатраты при монтаже.

Изобретение относится к мостостроению и может быть использовано при строительстве сталежелезобетонных мостов. Цель изобретения снижение материалоемкости и трудоемкости монтажа сталежелезобетонных пролетных строений мостов консольно-балочных, рамно-консольных с подвесными пролетами и неразрезных систем. Сталежелезобетонное пролетное строение содержит стальные балки 1, объединенные с железобетонными плитами 2, имеющими поперечные и продольные ребра, линия 3 сопряжения которых со стальными балками 1 совмещена с центрами тяжести поперечных сечений пролетного строения, и выполнено по длине из отдельных блоков (Б1, Б2 и т.д.), соединенных между собой с использованием сухих или клеевых швов 4 в зоне железобетонных плит 2 и болтовых и болтосварных соединений 5 в зоне стальных балок 1, причем в зоне нулевых изгибающих моментов блоки выполнены со стальными торцами и объединены между собой болтовыми и болтосварными соединениями. Консольные участки 8 рамно-консольного (консольно-балочного) пролетного строения и надопорные участки неразрезного строения снабжены стальной ортотропной плитой проезжей части с обращенными вниз стенками, которые образуют стальные балки 1, а блоки составлены стальной и железобетонной плитами, соответственно обращенные друг к другу стенки и ребра которых объединены между собой соединительными элементами. Проезжая часть участков железобетонная. Предварительное изготовление сталежелезобетонных блоков с последующим объединением их на монтаже посредством болтосварных соединений и сухих (клеевых) швов без обжатия их высокопрочной арматурой позволяют существенно упростить технологию монтажа сталежелезобетонных мостов. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННОЕ ПРОЛЕТНОЕ СТРОЕНИЕ, включающее стальные балки, объединенные с железобетонными плитами, имеющими поперечные ребра и продольные ребра, линия сопряжения которых со стальными балками совмещена с центрами тяжести поперечных сечений пролетного строения, и выполненное по длине из отдельных блоков, соединенных между собой с использованием сухих и клеевых швов в зоне железобетонных плит и высокопрочных болтов в зоне стальных балок, отличающееся тем, что на консольных участках консольных и рамноконсольных систем и в надопорных участках с отрицательными изгибающими моментами неразрезных систем пролетное строение снабжено стальной ортотропной плитой с обращенными вниз стенками, которые образуют стальные балки, а блоки составлены стальной и железобетонной плитами, соответственно обращенные друг к другу стенки и ребра которых объединены между собой соединительными элементами и имеют коробчатое с консольными свесами поперечное сечение переменной высоты, уменьшающейся на консольных участках к их концам в консольных и рамноконсольных системах и от промежуточных опор к зоне нулевых изгибающих моментов в неразрезных системах при выполнении стальной ортотропной плиты постоянного поперечного сечения, стенок стальных балок и ребер железобетонной плиты переменной высоты, изменяющейся в соответствии с изменением высоты блоков и достигающей высоты блоков на участках с положительными изгибающими моментами, а железобетонной плиты постоянной толщины и переменной толщины, изменяющейся в соответствии с изменением высоты блоков, причем в зоне нулевых изгибающих моментов блоки выполнены со стальными торцами и объединены между собой болтовыми и болтосварочными соединениями. 2. Пролетное строение по п.1, отличающееся тем, что на участках с положительными изгибающими моментами пролетное строение снабжено горизонтальным металлическим листом с продольными и поперечными ребрами, блоки образованы железобетонной плитой, металлическим листом и стальными балками, верхний и нижний торцы которого соединены с ребрами соответственно железобетонной плиты и металлического листа и имеют коробчатое поперечное сечение постоянной высоты, принятой для середины пролета.