МОСТОВАЯ ОПОРА Российский патент 1997 года по МПК E01D19/02 E02D27/12 

Изобретение относится к мостостроению, в частности к защите опор мостов, сооружаемых на реках с ледоходом и переменным уровнем водного потока, преимущественно в районах с суровыми климатическими условиями.

Известна свайная опора, включающая стойку, нижний конец которой заглублен в донный грунт, объемлющую стойку защитную оболочку, высота которой превышает толщину образующегося в акватории слоя льда, выполненную в виде полого гофрированного открытого по торцам усеченного конуса, обращенного большим основанием вниз, и установленные по наружной поверхности опоры направляющие и подкосы [1]
Недостаток этой опоры заключается в том, что конструкция ее не позволяет создать более мягкий микроклимат под защитной оболочкой и тем самым внутри ее будет формироваться лед такой же толщины, что и в реке, и, кроме того, она не может быть использована на реках с сильным течением и тяжелым ледоходом.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является мостовая опора с монолитной плитой высокого свайного ростверка, с льдозащитной оболочкой, представляющей собой сборную из блоков железобетонную вертикальную стенку, укрепленную верхней гранью по контуру в монолитной плите ростверка с элементами крепления блоков защитной стенки между собой [2]
Недостаток такой конструкции опоры состоит в том, что она не позволяет уменьшить толщину льда в полости льдозащитной оболочки, создать там более мягкий микроклимат и тем самым уменьшить давление льда изнутри на стенки оболочки, не защищает надежно опору от навала льда во время ледохода и тем самым снижает надежность работы льдозащитной оболочки и долговечность опоры.

Технический результат изобретения заключается в повышении долговечности льдозащитных оболочек на реках с ледоставом и ледоходом.

Сущность изобретения заключается в том, что мостовая опора, включающая куст свай с высоким ростверком и объемлющую их льдозащитную оболочку, повторяющую по внешней форме плиту ростверка, Расположенные в переменном уровне воды и ледохода содержит два раздельных ростверка, установленных друг за другом длинными диагоналями вдоль течения реки с воздушным зазором по всей высоте и соединенных друг с другом посредством распорки, установленной выше уровня высокого ледохода, причем каждый ростверк выполнен ромбовидным в плане, а в месте их соединения между распоркой и ростверками установлена упругая водостойкая и морозоустойчивая прокладка, при этом внутренняя полость каждой льдозащитной оболочки разделена на секции сплошными диафрагмами-стяжками таким образом, что в носовой и кормовой секциях оболочки расположены по одной свае, а в промежуточных по две, причем диафрагмы-стяжки установлены с горизонтальным воздушным зазором относительно низа плиты ростверка, а нижний их конец постоянно погружен в воду. При этом в секциях полости льдозащитной оболочки по периметру внутреннего пространства на всю высоту промерзания установлены металлические сетки, причем пространство между льдозащитной оболочкой и сетками заполнено плавучими телами из пористого гидрофобного материала.

На фиг. 1 изображена опора общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Мостовая опора включает два раздельных высоких ростверка 1, установленных друг за другом длинными диагоналями вдоль течения реки с зазором 2, составляющим не более 2 м по всей высоте и соединенных друг с другом с помощью распорки 3, установленной выше уровня высокого ледохода. Каждый рост-верк 1 выполнен ромбовидным либо эллипсовидным в плане и включает куст свай 4, объединяющую головы свай плиту 5 ростверка 1 и объемлющую их льдозащитную оболочку 6.

Льдозащитная оболочка 6 по внешней форме соответствует форме плиты 5 ростверка 1. Внутренняя полость каждой льдозащитной оболочки 6 разделена на секции 7, 8, 9 посредством устройства сплошных поперечных диафрагм-стяжек 10. Диафрагмы-стяжки 10 делят полость на секции таким образом, что в носовой 7 и кормовой 8 секциях располагается по одной свае 4, а в промежуточной секции 9 по две сваи 4.

Диафрагмы-стяжки 10 устанавливают с горизонтальным воздушным зазором 11, составляющим не менее 0,2 м по отношению к низу плиты 5 ростверка 1, при этом нижний конец диафрагм постоянно погружен в воду.

В месте соединения двух ростверков, между ростверками и распоркой 3 устанавливается упругая водостойкая и морозоустойчивая прокладка 12. Смежные наружные поверхности льдозащитных оболочек 6 в зазоре 2 и до середины их длины для лучшего сцепления со льдом выполняются гофрированными.

В каждой секции полости льдозащитной оболочки 6 по периметру внутреннего пространства установлены металлические сетки 13, высота которых равна высоте промерзания. Пространство между стойками 13 и стенками льдозащитной оболочки 6 заполняется плавучими телами 14 из пористого гидрофобного материала, например, полистирольного или полиуретанового пенопласта.

Мостовая опора работает следующим образом.

При навале ледяных полей при подвижках льда во время ледохода носовая часть ромбовидного или эллипсовидного в плане ростверка 1 и льдозащитной оболочки 6 разрезает лед и снижает тем самым горизонтальное давление на опору. Стоящие друг за другом вдоль течения 2-3 ростверка 1, соединенные друг с другом распорками 3, способны воспринять давление больших ледяных полей. Зимой уровень воды в реке, как правило, понижается. Вместе с ним опускается окружающий ледяной покров, однако в зазоре 2 между ростверками 1 он зависает (этому способствуют гофрированные поверхности) и создает дополнительную связь ростверков, так как к моменту первых подвижек и ледохода он еще не успевает разрушиться, что способствует еще большей устойчивости опоры. Ромбовидная или эллипсовидная форма соседних ростверков способствует тому, чтобы в пространстве между ними зависло как можно больше льда, в то время как в остальной части периметра он обламывается и остается наплаву,
Также зависает лед и во внутренней полости льдозащитной оболочки 6. При повышении температуры он может оказать давление на стенки льдозащитной оболочки 6 изнутри. Диафрагмы-стяжки 10 соединяют противоположные стенки льдозащитной оболочки 6 и, воспринимая внутреннее давление, препятствуют разрушению льдозащитной оболочки 6. Железобетонные диафрагмы-стяжки, находясь нижним концом постоянно в воде, имеющей зимой положительную температуру, являются проводниками тепла, и по ним тепло поднимается вверх. Кроме того, зависший снаружи в зазоре 2 лед оказывает зимой отепляющее влияние для соседних отсеков 8 внутренней полости, в результате в них создается более теплый микроклимат, и в этих отсеках позднее появится лед, а после появления он будет расти медленнее, и в течение всей зимы более теплый воздух с поверхности воды или льда поднимается вверх к нижней поверхности плиты 5 ростверка 1 и там распространяется через воздушные зазоры 11 над диафрагмами-стяжками 10 в остальные отсеки 9 и 7. Кроме того, слой более теплого воздуха под плитой 5 ростверка 1 защищает от охлаждения сверху внутреннюю полость через сам ростверк. Схема тепловых потоков приведена на фиг. 1 (пунктир). В результате такой циркуляции в остальных отсеках первый лед появится также позднее, чем в реке, и к концу зимы он будет намного тоньше, чем в аналогичных полостях аналога и прототипа. Диафрагмы-стяжки 10 способствуют формированию в полости малотеплопроводного, многослойного льда, который препятствует дальнейшему росту толщины и образованию нового льда на поверхности воды при понижении уровня в реке.

Предлагаемое техническое решение позволило преодолеть цепь противоречий, которые возникали в результате применения известных технических решений отдельно или в сочетаниях, приводящих к достижению единичных положительных результатов.

Так, например, чтобы воспринять внутреннее давление льда, которое могло повредить пустотелую льдозащитную оболочку 6, ромбовидную или эллипсовидную в плане, очевидным решением была бы установка стальных стяжек, соединяющих противоположные ее стенки по кратчайшему расстоянию, то есть вдоль оси моста. При наличии таких стяжек в пределах льдозащитной оболочки 6 сохранился бы единый воздушный объем, что было бы желательно, но не было бы дополнительного притока тепла в полость от воды кроме того, который проникает по столбам 4 и стенкам самой льдозащитной оболочки 6. При этом ввиду значительных размеров в плане образовавшийся внутри лед при понижении уровня воды зимой обламывался бы по периметру и опускался вместе с водой. В результате к концу зимы внутри сформировался бы опасный толстый лед.

Если же применить железобетонные сплошного сечения диафрагмы-стяжки 10, нижний конец которых постоянно погружен в воду, то будет обеспечен дополнительный приток тепла от воды в воздух полости. Кроме того, они разбивают полость на отсеки таким образом, что образовавшийся лед зависает на стенках и не опускается вместе с водой, что способствует образованию неопасных слоистых ледяных образований, а не сплошных пробок. Однако в изолированных отсеках возникли бы различные температурные условия: в носовых 7 и кормовых 8 зимой было бы холоднее, чем в средних 9. В результате было бы разным и льдообразование и давление льда на стенки льдозащитной оболочки 6. В средних отсеках 9 с более мягким микроклиматом льдообразование было бы слабее, а в носовых 7 и кормовых 8 наоборот: толще лед и более резкие колебания температуры воздуха, что привело бы к большей величине давления льда на стенки льдозащитной оболочки 6.

Чтобы ликвидировать это противоречие предлагается опора из нескольких (двух-трех) раздельных ростверков 1 с воздушным зазором 2 между ними. Тогда зимой в этом зазоре зависнет лед (тем более, что максимальный размер зазора ограничен двумя метрами) и создаст естественную внешнюю теплоизоляцию двух соседних отсеков: кормового 8 у одного ростверка и носового 7 у другого ростверка. В этих соседних отсеках сформируется еще более мягкий микроклимат, чем в средних отсеках, а для того, чтобы происходил обмен более теплым воздухом между отсеками, диафрагмы-стяжки 10 предлагается в верхней части не доводить до плиты ростверка на величину > 20 см. Через этот воздушный зазор 11 воздух из более теплых отсеков будет перетекать в более холодные (см. фиг. 2). Таким образом, даже в удаленных от оси моста носовом 7 и кормовом 8 отсеках воздух будет теплее, чем в случае со стяжками в виде тяг из металла. В результате внутри образуется более тонкий лед, и давление от него будет еще меньше.

При разделении опоры на два-три отдельных ростверка возникает новое противоречие снижение жесткости и прочности опоры при работе на горизонтальную нагрузку поперек моста, например, от навала льда в процессе подвижек и ледохода. Выход из противоречия был найден техническим решением - распоркой 3, обеспечивающей связь ростверков 1 в единую систему. Но поскольку эта связь не должна быть абсолютно жесткой и для того, чтобы обеспечить свободу температурным деформациям между распоркой 3 и ростверком 1, установлена упругая морозоустойчивая прокладка 12. Сама же распорка не может быть размещена в зоне льдообразования, так как непременно будет разрушена льдом. Поэтому предлагается разместить ее выше горизонта высокого ледостава (ГВЛ на фиг. 1). Дополнительной связью двух соседних ростверков при работе на давление внешнего льда является лед, зависший в зазоре 2. Этому способствуют предложенные гофрированные поверхности.

Эффективность использования предлагаемого технического решения заключается в повышении долговечности льдозащитных оболочек, повышении надежности работы опоры, а также в снижении трудозатрат, в экономии металла и бетона при сооружении мостовых опор на реках с ледоставом и ледоходом.

Изобретение относится к мостостроению, а именно к защите опор мостов, сооружаемых на реках с ледоходами и переменным уровнем водного потока, преимущественно в районах с суровыми климатическими условиями. Новым в мостовой опоре является то, что она содержит два раздельных ростверка, установленных друг за другом длинными диагоналями вдоль течения реки с зазором по всей высоте и соединенных друг с другом посредством распорки, установленной выше уровня высокого ледохода, причем каждый ростверк выполнен ромбовидным в плане, а в месте их соединения между распоркой и ростверками установлена упругая водостойкая и морозоустойчивая прокладка, при этом внутренняя полость каждой льдозащитной оболочки разделена на секции сплошными диафрагмами-стяжками таким образом, что в носовой и кормовой секциях оболочки расположено по одной свае, а в промежуточных по две, причем диафрагмы-стяжки установлены в горизонтальным воздушным зазором относительно низа плиты ростверка, при этом нижний конец их постоянно погружен в воду. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Мостовая опора, включающая куст свай с высоким ростверком и объединяющую их льдозащитную оболочку, повторяющую по внешней форме плиту ростверка, расположенные в переменном уровне воды и ледохода, отличающаяся тем, что она содержит два раздельных ростверка, установленных друг за другом длинными диагоналями вдоль течения реки с зазором по всей высоте и соединенных друг с другом посредством распорки, установленной выше уровня высокого ледохода, причем каждый ростверк выполнен ромбовидным в плане, а в месте их соединения между распоркой и ростверками установлена упругая водостойкая и морозоустойчивая прокладка, при этом внутренняя полость каждой льдозащитной оболочки разделена на секции сплошными диафрагмами-стяжками таким образом, что в носовой и кормовой секциях оболочки расположены по одной свае, а в промежуточных по две, причем диафрагмы-стяжки установлены с горизонтальным воздушным зазором относительно низа плиты ростверка, при этом нижний конец их постоянно погружен в воду. 2. Опора по п.1, отличающаяся тем, что в секциях полости льдозащитной оболочки по периметру внутреннего пространства установлены сетки на всю высоту промерзания, причем пространство между стенками льдозащитной оболочки и сетками заполнено плавучими телами из пористого гидрофобного материала. 3. Опора по п.1, отличающаяся тем, что зазор между ростверками составляет не более 2 м. 4. Опора по п.1, отличающаяся тем, что горизонтальный воздушный зазор между диафрагмами-стяжками и низом плиты ростверка не менее 0,2 м. 5. Опора по п.1, отличающаяся тем, что поверхности льдозащитных оболочек двух соседних ростверков в зазоре и до середины их длины выполнены гофрированными.