ПЛИТА СБОРНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 1995 года по МПК E01C5/00 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для устройства покрытий автомобильных дорог, аэродромов, тротуаров, площадок различного назначения и укрепительных сооружений из готовых сборных элементов.

Известна плита для сборного покрытия, в частности эластичного основания автомобильных дорог с плитой основания из армированного бетона четырехугольной, преимущественно квадратной формы, причем плита основания расположена на нижней плите и обе плиты интегрально связаны друг с другом по толщине. Нижняя плита по отношению к горизонтальной проекции плиты основания содержит чередующиеся выступы и впадины, имеющие общую вертикальную плоскость, направленную под углом 45^о к кромке плиты основания. Верхняя плоскость выступа и нижняя плоскость впадины расположены под острым углом к горизонтали и взаимно дополняют друг друга, при этом головные отрезки выступа основания и концевые отрезки впадины параллельны краю плиты основания и имеют одинаковую длину [1]
Недостатками известной конструкции являются относительно невысокая несущая способность покрытия и долговечность стыкового соединения, которое не воспринимает изгибающий момент при действии нагрузки на верхней рабочей поверхности плиты, а практически ударное нагружение поперечного сечения стыкового соединения транспортной нагрузкой при прямолинейном очертании шва увеличивает динамичность ее воздействия.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является выполнение плиты сборного покрытия в виде несущей многоугольной конструкции из жестко связанных между собой по толщине верхней и нижней основных частей, в которой боковые грани верхней части выполнены в виде чередующихся выступов и соответствующих им по форме впадин [2]
Недостатками известной конструкции являются недостаточная прочность и долговечность покрытия при воздействии значительных динамических нагрузок в процессе эксплуатации при интенсивном движении и неблагоприятных климатических условиях (переувлажнение основания, морозное поднятие основания).

Задачей изобретения является повышение прочности и долговечности конструкции покрытия, а также его эксплуатационной надежности в случае устройства покрытия на слабых, склонных к пучинообразованию грунтах и значительных динамических нагрузках.

Эта задача решается за счет того, что каждая часть плиты выполнена с боковыми гранями, имеющими форму чередующихся выступов и впадин, при этом выступы и впадины верхней основной части плиты размещены соответственно над впадинами и выступами нижней основной части, причем углы между боковыми сторонами выступов и впадин боковой грани каждой из частей и плоскостью, проходящей через вертикальные угловые ребра этой боковой грани плиты в местах их пересечения, составляют больше 0^о и меньше половины наименьшего угла, образованного плоскостями, проходящими через вертикальные угловые ребра смежных боковых граней этой части плиты, при этом она может быть выполнена с дополнительной частью, жестко связанной с одной из основных частей плиты, и боковые грани этой дополнительной части имеют форму чередующихся выступов и впадин с размещением их соответственно под выступами и впадинами нижней основной части или над выступами и впадинами верхней основной части, причем угол между боковыми сторонами выступов и впадин каждой боковой грани дополнительной части и плоскостью, проходящей через вертикальные угловые ребра этой боковой грани плиты в местах их пересечения, больше соответствующего угла между боковыми сторонами выступов и впадин связанной с ней основной части плиты, или она может быть выполнена с дополнительными частями, жестко связанными с верхней и нижней основными частями плиты, и боковые грани дополнительных частей имеют форму чередующихся выступов и впадин с размещением выступов и впадин одной дополнительной части под выступами и впадинами нижней основной части плиты, а выступов и впадин другой дополнительной части над выступами и впадинами верхней основной части плиты, при этом углы между боковыми сторонами выступов и впадин каждой боковой грани дополнительных частей плиты и плоскостью, проходящей через вертикальные угловые ребра этой боковой грани плиты в местах их пересечения, больше соответствующих углов между боковыми сторонами выступов и впадин, связанных с ними основных частей плиты, причем боковые грани с чередующимися выступами и впадинами содержат в каждой части одинаковое количество выступов и впадин, форма которых в каждой части плиты одинакова, но не менее двух выступов и двух впадин в каждой части плиты, при этом по периметру чередующихся выступов и впадин нижнего ряда плиты могут быть выполнены фаски.

Решение вышеуказанной задачи повышения прочности и долговечности плиты покрытия обеспечивается техническим эффектом, заключающимся в том, что при соединении с соседними плитами части плиты, боковые грани каждой из которых образованы чередующимися выступами и впадинам с боковыми их сторонами, направленными под острым углом к плоскости, проходящей через вертикальные угловые ребра плиты, образуют стыковое соединение, в работе которого участвует вся его площадь. Такое стыковое соединение обеспечивает работу покрытия на изгиб и поперечную нагрузку как при воздействии транспортной нагрузки на поверхности покрытия, так и при возможном поднятии основания в результате морозного пучения. Кроме того, стыковое соединение имеет ломанное очертание на поверхности покрытия, в результате чего обеспечивается разновременность наезда колесной нагрузки от транспортных средств на края плиты, что снижает динамичность воздействия нагрузки на стыковое соединение и повышает его долговечность.

В сборном покрытии каждая плита работает как плита, лежащая на упругом основании и опирающаяся по контуру на соседние плиты, что увеличивает несущую способность и покрытия в целом. Величина угла между боковыми сторонами выступов и впадин каждой из частей и плоскостью, проходящей через вертикальные угловые ребра плиты обусловлена тем, что при угле 0^о не образуется стыковое соединение, а при угле больше половины угла, образованного плоскостями, проходящими через вертикальные угловые ребра плиты смежных боковых граней, невозможно осуществлять монтаж сборного покрытия в площадь.

На фиг.1 представлен общий вид двухрядного варианта плиты с выступами и впадинами в форме сегмента; на фиг.2 вариант плиты с выступами и впадинами в форме сегмента с дополнительной нижней частью, общий вид; на фиг.3 вариант плиты с выступами и впадинами в форме сегмента с дополнительной верхней частью, общий вид; на фиг.4 вариант плиты с выступами и впадинами в форме сегмента с дополнительными верхней и нижней частями, общий вид; на фиг. 5 схемы укладки плит в покрытие; на фиг.6 схема работы стыкового соединения варианта плиты на фиг;1; на фиг.7 схема работы стыкового соединения варианта плит на фиг;2; на фиг.8 схема работы стыкового соединения варианта плит на фиг.3; на фиг.9 схема работы стыкового соединения варианта плит на фиг.4.

Плита 1 сборного покрытия включает несущую многоугольную конструкцию из связанных между собой по толщине частей 2-5 (фиг.1-4). Боковые грани нижней основной части плиты 2 (фиг.1) выполнены в виде чередующихся выступов 6 и впадин 7, боковые стороны которых 8 и 9 направлены под острым углом β к плоскости, проходящей через вертикальные угловые ребра этой грани плиты 10, в местах их пересечения. Боковые грани верхней части плиты 3 также выполнены в виде чередующихся выступов 11 и впадин 12, боковые стороны которых 13 и 14 направлены под острым углом α к плоскости, проходящей через вертикальные угловые ребра этой грани плиты 10, в местах их пересечения. При этом выступы 11 и впадины 12 верхней основной части плиты расположены соответственно над впадинами 7 и выступами 6 нижней основной части плиты 2. Плита 1 может быть снабжена дополнительной частью 4 (фиг.2), жестко связанной с нижней основной частью 2, и (или) дополнительной частью 5, жестко связанной с верхней основной частью 3 (фиг.3, 4). При этом боковые грани дополнительной части 4 выполнены в виде чередующихся выступов 15 и впадин 16, боковые стороны которых 17 и 18 направлены под острым углом θ к плоскости, проходящей через вертикальные угловые ребра этой грани плиты 10 в местах их пересечения, причем угол θ больше угла β. Выступы 15 и впадины 16 дополнительной части 4 расположены соответственно под выступами 6 и впадинами 7 нижней основной части плиты 2. Боковые грани дополнительной части 5 также выполнены в виде чередующихся выступов 19 и впадин 20, боковые стороны которых 21 и 22 направлены под острым углом ϕ к плоскости, проходящей через вертикальные угловые ребра этой грани плиты 10 в местах их пересечения, причем угол ϕ больше угла α. Выступы 19 и впадины 20 дополнительной части 5 расположены соответственно над выступами 11 и впадинами 12 верхней части плиты 3.

Форма выступов 6, 11, 15, 19 и впадин 7, 12, 16, 20 в плане может быть различной. В частности, они могут быть выполнены в виде треугольника, трапеции, сегмента или другой выпуклой и вогнутой формы. С точки зрения обеспечения достаточной прочности, а также упрощения технологии изготовления оснастки для производства плит предпочтительная форма выполнения выступов 6, 11, 15, 19 и впадин 7, 12, 16, 20 в виде сегмента (фиг.1-5).

Глубина выступа и впадины в каждой части плиты определяется расчетом в зависимости от величины действующей нагрузки, материала, размера и формы плиты, материала основания. Однако, учитывая возможные отклонения геометрических размеров элементов плиты при их изготовлении, возможную подвижку плит в результате температурных воздействие глубина выступа и впадины должна быть такой, чтобы длина площадки взаимодействия соседних плит между собой на уровне любой из частей плиты была не менее 1 см.

Количество выступов 6, 11, 15, 19 и впадин 7, 12, 16, 20 в каждой из частей 2, 3, 4, 5 плиты 1 на одной ее боковой грани должно быть одинаковое и содержать не менее двух выступов и двух впадин. В этом случае обеспечивается возможность укладки плит вразбежку, т.е. со смещением стыковых соединений в смежных рядах плит (фиг.5), в результате чего повышается распределяющая способность и долговечность покрытия.

Общая форма плиты представляет собой многоугольник, образованный плоскостями, проходящими через вертикальные угловые ребра граней плиты 10. Общая форма плиты может иметь вид квадрата, прямоугольника, ромба, треугольника, шестигранника, трапеции, параллелограмма.

Монтаж сборного покрытия осуществляют на подготовленное основание по известной технологии в следующей последовательности.

Одинаковые плиты 1 сборного покрытия (фиг.5) укладывают на основание, ориентируя их в заданном направлении. Pядом с первой уложенной плитой 1 в соответствии с выбранной схемой укладывают следующую плиту и перемещают ее по основанию, стыкуя с ранее уложенной плитой 1 так, чтобы выступы 6, 11, 15, 19 и впадины 7, 12, 16, 20 укладываемой плиты 1 совпали соответственно с впадинами 7, 12, 16, 20 и выступами 6, 11, 15, 19 ранее уложенной плиты 1.

Монтаж плит может быть осуществлен в покрытие только в том случае, если углы α, β, θ или ϕ, образованные боковыми сторонами наибольших по глубине выступов и впадин с плоскостью, проходящей через вертикальные угловые ребра одной грани плиты, будут меньше половины угла γ, образованного плоскостями, проходящими через вертикальные угловые ребра плиты смежных боковых граней. Например, для плит, имеющих общую форму в плане в виде прямоугольника или квадрата, величина наибольшего из углов α,β,θ или ϕ составляет менее 45^о, для плит, имеющих общую форму равностороннего треугольника, наибольший из углов α,β,θ или ϕ составляет меньше 30^о и т.д.

Перед стыковкой плит места их соединений могут быть обработаны гидроизоляционными материалами, например, битумной мастикой и т.п. материалами, что позволяет обеспечить водонепроницаемость стыкового соединения, устранить в нем зазоры, необходимые для свободного монтажа плит в покрытие и, кроме того, уменьшить динамичность воздействия транспортной нагрузки на стыковое соединение. Стыковое соединение может заполняться и после укладки плит известными способами. В качестве заполнителя в этом случае могут быть использованы битумная мастика, пескоцементная смесь, сухой просеянный песок и другие подобные материалы.

Для снижения трудоемкости монтажа и предотвращения подвижки неукрепленного материала основания при укладке плит по периметру нижних частей 2 или 4 плиты 1 могут быть выполнены фаски.

С этой целью взаимодействующие между собой верхние и нижние поверхности выступов и впадин могут быть выполнены с уклоном, не превышающим 1:20 (фиг. 1-4).

Плита сборного покрытия при заявленном ее соединении со смежными плитами под воздействием транспортной нагрузки работает как плита, лежащая на упругом основании и взаимодействующая по контуру своими выступами и впадинами с соседними плитами, в связи с чем в значительной мере повышается несущая способность плиты и покрытия в целом при использовании изобретения.

В работе стыкового соединения суммарно участвует вся его толщина. В зависимости от варианта выполнения плиты работа стыкового соединения имеет свои особенности.

При взаимном соединении плит 1, выполненных по варианту, представленному на фиг.1, выступы 11 верхней основной части 3 плиты 1 нижней своей поверхностью совместно с поверхностью расположенных под ними впадин 7 нижней основной части 2 плиты 1 взаимодействуют с верхней поверхностью выступов 6 нижней части 2 плиты 1, работающей совместно с нижней поверхностью расположенной над ними впадины 12 верхней части 3 плиты 1 (фиг.1 и 6).

При воздействии нагрузки на поверхности покрытия выступы верхней основной части 3 плиты 1 работают на изгиб и поперечную нагрузку по наклонному сечению толщиной h₃. В то же время выступы нижней основной части 2 плиты 1 работают преимущественно на поперечную нагрузку по наклонному сечению толщиной h₂. При воздействии нагрузки снизу в результате возможного морозного поднятия основания изгибающий момент и поперечное усилие от внешней нагрузки воспринимаются наклонным сечением толщиной h₂. Верхняя часть плиты при этом работает преимущественно на поперечную нагрузку толщиной сечения.

При взаимном соединении плит 1, выполненных по варианту, представленному на фиг.2, выступы 11 верхней основной части 3 плиты 1 нижней своей поверхностью, совместно с верхней поверхностью расположенных под ними впадин 7 части 2 плиты 1, а также впадины 7 части 2 плиты 1 нижней своей поверхностью, образованной за счет впадины 16 части 4 плиты 1, взаимодействуют соответственно с верхней поверхностью выступов 6 части 2 плиты 1, работающей совместно с нижней поверхностью расположенных над ними впадин 12 части 3 плиты 1 и верхней поверхностью выступов 15 части 4 плиты 1, ограниченной выступами 6 части 2 плиты 1 (фиг.2 и 7).

В этом случае в стыковом соединении появляется дополнительная площадка, через которую передается внешняя нагрузка с одной плиты на другую. Так, при воздействии нагрузки на поверхности покрытия, выступы 11 части 3 плиты 1 и впадины 7 части 2 плиты 1 работают на изгиб и поперечную нагрузку по наклонным сечениям толщиной h₃ и h₃-h₂. При этом выступы 6 части 2 плиты 1 по площади, дополненной впадинами 12, и выступы 15 части 4 плиты 1 по верхней их поверхности работают преимущественно на поперечную нагрузку по наклонным сечениям толщиной h₂-h₄ и h₄. Аналогичный характер работы стыкового соединения имеет место при взаимном соединении плит, выполненных по варианту, представленному на фиг.3 и 8.

Появление в стыковом соединении дополнительной площадки приводит к перераспределению в нем усилий при действии внешней нагрузки, в результате чего удельная нагрузка на единицу площади расчетного сечения стыкового соединения уменьшается, а его прочность и долговечность увеличиваются.

При взаимном соединении плит 1, выполненных по варианту, представленному на фиг.4, в стыковом соединении образуются две дополнительные площадки, через которые передается внешняя нагрузка с одной плиты на другую (фиг.4, 9), т.е. изгибающего момента и поперечного усилия от внешней нагрузки при выполнении плиты 1 с дополнительными частями 4 и 5 перераспределяется в трех уровнях сечения плиты вдоль ломанного очертания стыкового соединения, образованного выступами 6, 11, 15, 19 и впадинами 7, 12, 16, 20, в результате чего появляются дополнительные наклонные сечения, воспринимающие изгибающий момент и поперечное усилие от внешней нагрузки, т.е. удельная нагрузка на единицу площади расчетного сечения стыкового соединения существенно снижается.

Таким образом прочность и долговечность стыкового соединения и покрытия в целом увеличивается. В связи с тем, что стыковое соединение имеет ломаное очертание не только в плане, но и в поперечном сечении (фиг.1-9), то в процессе эксплуатации покрытия, уложенного на неукрепленное основание, предотвращается возможный выплеск материала основания, что обычно имеет место при переувлажнении основания в расчетный период. В результате этого не происходит ослабления основания (образования пустот) в зоне стыка и повышается долговечность покрытия.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для устройств покрытий автомобильных дорог, аэродромов, тротуаров и укрепительных сооружений из готовых сборных элементов. Сущность изобретения: плита включает несущую многоугольную конструкцию из связанных между собой по толщине верхней и нижней основных частей, при этом каждая часть плиты выполнена с боковыми гранями, имеющими форму чередующихся выступов и впадин, при этом выступы и впадины верхней основной части плиты размещены соответственно над впадинами и выступами нижней основной части, причем углы между боковыми сторонами выступов и впадин боковой грани каждой из частей и плоскостью, проходящей через вертикальные угловые ребра этой боковой грани плиты в местах их пересечения, составляют больше 0°С и меньше половины наименьшего угла, образованного плоскостями, проходящими через вертикальные угловые ребра смежных боковых граней этой части плиты. При этом плита может быть выполнена по крайней мере с одной дополнительной частью, жестко связанной с одной из основных частей плиты, и боковые грани этой дополнительной части имеют форму чередующихся выступов и впадин с размещением их соответственно под выступами и впадинами нижней основной части или над выступами и впадинами верхней основной части, причем угол между боковыми сторонами выступов и впадин каждой грани дополнительной части и плоскостью, проходящей через вертикальные угловые ребра этой боковой грани плиты в местах их пересечения, больше соответствующего угла между боковыми сторонами выступов и впадин связанной с ней основной части плиты, а боковые грани с чередующимися выступами и впадинами содержат в каждой части одинаковое количество выступов и впадин, форма которых в каждой части плиты одинакова, причем боковые грани с чередующимися выступами и впадинами могут содержать не менее двух выступов и впадин в каждой части плиты, а по периметру чередующихся выступов и впадин нижнего ряда плиты могут быть выполнены фаски. 5 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. ПЛИТА СБОРНОГО ПОКРЫТИЯ, включающая несущую многоугольную конструкцию из жестко связанных между собой по толщине верхней и нижней основных частей, в которой боковые грани верхней части выполнены в виде чередующихся выступов и соответствующих им по форме впадин, отличающаяся тем, что каждая часть плиты выполнена с боковыми гранями, имеющими форму чередующихся выступов и впадин, при этом выступы и впадины верхней основной части плиты размещены соответственно над впадинами и выступами нижней основной части, причем углы между боковыми сторонами выступов и впадин боковой грани каждой из частей и плоскостью, проходящей через вертикальные угловые ребра этой боковой грани плиты в местах их пересечения, составляют больше 0^o и меньше половины наименьшего угла, образованного плоскостями, проходящими через вертикальные угловые ребра смежных боковых граней плиты. 2. Плита по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена с дополнительной частью, жестко связанной с одной из основных частей плиты, боковые грани дополнительной части имеют форму чередующихся выступов и впадин с размещением их соответственно под выступами и впадинами нижней основной части или над выступами и впадинами верхней основной части, причем угол между боковыми сторонами выступов и впадин каждой боковой грани дополнительной части и плоскостью, проходящей через вертикальные угловые ребра этой боковой грани плиты в местах их пересечения, больше соответствующего угла между боковыми сторонами выступов и впадин связанной с ней основной части плиты. 3. Плита по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена с дополнительными частями, жестко связанными с верхней и нижней основными частями плиты, боковые грани дополнительных частей имеют форму чередующихся выступов и впадин с размещением выступов и впадин одной дополнительной части под выступами и впадинами нижней основной части плиты, а выступов и впадин другой дополнительной части над выступами и впадинами верхней основной части плиты, при этом углы между боковыми сторонами выступов и впадин каждой боковой грани дополнительных частей плиты и плоскостью, проходящей через вертикальные угловые ребра этой боковой грани плиты в местах их пересечения, больше соответствующих углов между боковыми сторонами выступов и впадин связанных с ними основных частей плиты. 4. Плита по пп.1 3, отличающаяся тем, что боковые грани с чередующимися выступами и впадинами содержат в каждой части одинаковое количество выступов и впадин, форма которых в каждой части плиты одинакова. 5. Плита по пп.1 3, отличающаяся тем, что боковые грани с чередующимися выступами и впадинами содержит не менее двух выступов и впадин в каждой части плиты. 6. Плита по пп.1 3, отличающаяся тем, что по периметру чередующихся выступов и впадин нижнего ряда плиты выполнены фаски.