ПРОЛЕТНОЕ СТРОЕНИЕ МОСТА Российский патент 2006 года по МПК E01D2/00 E01D12/00 

Настоящее изобретение относится к строительству малых и средних мостов через реки, железные дороги, путепроводы и может быть использовано в конструкциях соответствующих пролетных строений, в частности путепроводов, эстакад, перекрытий.

Известно пролетное строение моста, включающее металлические трубчатые главные балки, установленные между ними и укрепленные в верхней их части металлические арочные оболочки с размещенной на них и объединенной с главными балками посредством упоров в виде штырей железобетонной плитой, причем трубчатые главные балки контактируют между собой в поперечном сечении моста и соединены по низу приваренной к ним непрерывной по длине пролетного строения листовой затяжкой; железобетонная плита выполнена монолитной, а металлические арочные оболочки укреплены на трубчатых главных балках посредством сварки (см. Патент ФРГ №1931431, кл. 19 D 9/02, 1972).

Недостатками известного пролетного строения являются:

- высокая металлоемкость конструкции, что обусловлено применением большого числа трубчатых главных балок, которые необходимы для получения требуемого габарита проезда и которые нуждаются в связке как по низу, так и по верху их положения;

- значительная трудоемкость монтажа, что обусловлено как необходимостью укладки большого числа трубчатых главных балок, так и наличием непрерывной листовой затяжки и необходимостью выполнения большого объема сварочных работ на монтаже по прикреплению к главным балкам металлических арочных оболочек и непрерывной листовой затяжки.

Известно пролетное строение моста, включающее снабженные по верху упорами в виде штырей металлические трубчатые главные балки, установленные между ними и укрепленные в верхней их части металлические подпружиненные арочные оболочки с размещенной на них и объединенной с главными балками посредством упоров в виде штырей железобетонной плитой, а также фиксирующие планки, расположенные в верхней части главных балок, опорные диафрагмы и связи, укрепленные на наружных боковых поверхностях главных балок в плоскостях главных балок, и сталебетонные диафрагмы, размещенные в полости трубчатых главных балок в плоскости крепления связей, причем железобетонная плита выполнена сборной из имеющих омоноличиваемые пустоты под штыревые упоры, продольно ориентированных блоков, каждый из которых выполнен как одно целое с соответствующей металлической подпружиненной арочной оболочкой и укреплен в фиксирующих планках смежных главных балок (Авторское свидетельство СССР №831893, М.кл. Е 01 D 9/02, 1981).

Это известное техническое решение выбирается в качестве прототипа, так как имеет наибольшее число существенных признаков, являющихся общими с заявляемым изобретением, а также направлено на решение аналогичной задачи.

Однако прототип имеет существенные недостатки:

- значительная трудоемкость монтажа, что обусловлено как необходимостью отдельной укладки каждой трубчатой главной балки на опору, так и наличием большого объема сварочных работ на монтаже по прикреплению к главным балкам металлических арочных оболочек;

- высокая трудоемкость бетонных работ, необходимых для омоноличивания пустот над упорами в виде штырей продольно ориентированных блоков;

- сложность конструкции из-за большого числа конструктивных элементов, технологическая трудность прикрепления железобетонных плит как к металлической части пролетного строения моста, так и между собой.

Задачей настоящего изобретения является создание пролетного строения моста, обладающего простотой конструкции и возможностью быстрого возведения в труднодоступных местах.

Поставленная задача решена следующим образом. В известном пролетном строении моста, содержащем металлические трубчатые главные балки, установленные между ними и соединенные с ними металлические арочные оболочки и объединенную с главными балками посредством упоров железобетонную часть, СОГЛАСНО настоящему изобретению трубчатые главные балки объединены, по меньшей мере, в два монтажных блока, в каждом из которых, по меньшей мере, две главные балки расположены на расстоянии друг от друга, равном диаметру трубы, арочная оболочка выполнена из полутрубы, имеющей диаметр, равный диаметру трубы, а соединение монтажных блоков друг с другом выполнено в виде арочной оболочки, образованной из наложенных внахлест двух дугообразных соединительных элементов, установленных по бокам каждого монтажного блока и образующих арочные оболочки в виде полутрубы, при этом внутри каждой главной балки установлены тяжи, в каждой арочной оболочке - поперечные связи, которые вместе с тяжами расположены в горизонтальной плоскости и рассредоточены по длине блока, а в поперечном сечении соединены между собой, образуя в блоке единые поперечные связи, причем в опорных участках, внутри каждой главной балки, размещены элементы жесткости с центральным отверстием, упоры выполнены в виде штырей и расположены в шахматном порядке перпендикулярно к его верхней поверхности, а железобетонная часть выполнена монолитной.

Имеется вариант развития исходного технического решения, по которому монолитная плита состоит из двух слоев. Нижний слой, укладываемый на монтажный блок, выполнен из фибробетона, а верхний на всю ширину пролетного строения - из железобетона.

Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет выполнить пролетное строение, в котором повышается крутильная и изгибающая жесткость. Кроме того, уменьшается объем железобетонных работ, а также объем используемого металла и количество номенклатурных единиц, применяемых для возведения пролетного строения моста.

Это обусловлено тем, что в предлагаемом техническом решении пролетное строение моста образовано, по меньшей мере, из двух монтажных блоков, каждый из которых может быть изготовлен в заводских условиях и/или на месте. После этого он легко может быть доставлен на место установки, особенно в труднодоступных местах, например в районах прокладки магистральных газо- и нефтепроводов, что позволяет на месте использовать трубы газо- и нефтепроводов для возведения пролетного строения моста, в том числе и из числа труб, отнесенных к бывшим в употреблении или признанных некондиционными.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение имеет существенные отличия, которые заключаются в следующем:

- из металлических главных трубчатых балок сформированы монтажные блоки, из которых образована металлическая часть пролетного строения моста;

- главные трубчатые балки, соединяющие их в монтажные блоки, арочные оболочки из полутруб, а также соединительные дугообразные элементы по бокам каждого монтажного блока выполнены из труб одинакового диаметра;

- металлические арочные оболочки из полутруб и дугообразные соединительные элементы установлены между главными трубчатыми балками и формируют у монтажного блока волнообразную верхнюю часть, обеспечивающую жесткость в продольном и поперечном направлениях;

- сверху металлической части возведена монолитная железобетонная часть. Она расположена на волнистой поверхности металлической части, служащей опалубкой и имеющей упоры в виде штырей, которые установлены в шахматном порядке перпендикулярно к поверхности металлической части. За счет этого монолитная бетонная часть по всей поверхности пролетного строения моста хорошо работает на отрыв от металлической части;

- верхняя волнообразная металлическая часть пролетного строения состоит из одинаково выгнутых арочных оболочек, что позволяет создать в бетонной части арочный эффект при загружении пролетного строения местной нагрузкой между главными балками, так как «бетонные арки» одинаковые по величине и в них не возникает распора, поскольку железобетон одинаково эффективно работает на сжатие;

- сверху каждый монтажный блок имеет либо железобетонную, либо фибробетонную плиту, поверх которой в процессе объединения в пролетное строение выполняют общую монолитную железобетонную плиту. Это повышает несущую способность главных балок на первом этапе загружения пролетного строения, и ускоряет процесс возведения пролетного строения, т.к. по каждому монтажному блоку после его укладки может двигаться техника.

Заявителем проведен патентно-информационный поиск, в процессе которого заявляемая совокупность существенных признаков не обнаружена. Поэтому предлагаемое изобретение можно считать новым.

Предлагаемое техническое решение соответствует изобретательскому уровню, так как для специалиста средней квалификации настоящее изобретение логически не следует из известного уровня техники и является для него неожиданным. Однако известны следующие изобретения: Патент ФРГ №1931431, кл. 19 D 9/02, 1972 защищает изобретение пролетного строения моста, в котором главные трубчатые балки расположены вдоль оси моста рядом друг с другом и связаны нижним и верхним поясами, а сверху - железобетонной частью. Авторское свидетельство СССР №637475, М.кл. Е 01 D 9/2, 15.12.78 защищает изобретение продольного строения моста, в котором под бетонной частью установлены расположенные на одном уровне металлические в виде полутруб арочные оболочки, связанные в горизонтальной плоскости поперечными диафрагмами, образуя соответствующие единые упрочняющие положения главных балок, и обеспечивающие прочность моста связи. Из прототипа, который был рассмотрен ранее, и Авторского свидетельства СССР №1474203, М.кл. Е 01 D 9/02, 23.04.1989 известно использование арочных конструкций, связанных попарно внизу между собой с помощью опорного листа, а сверху - бетонной частью, выполненной монолитной. Из этих известных технических решений видно, что развитие главной балки пролетного строения моста ведется от набора труб к использованию арочных в виде полутруб оболочек, на основе которых формируются главные балки. При этом предпринимается попытка использовать в качестве монтажного блока главную балку с соответствующими для нее элементами жесткости. Однако в предлагаемом изобретении впервые из, по меньшей мере, двух трубчатых главных балок сформирован монтажный блок пролетного строения моста. По сравнению с известным случаем применения монтажных блоков для создания пролетного строения моста, число таких блоков в предлагаемом изобретении требуется, по меньшей мере, в два раза меньше. Причем трубы, полутрубы и элементы, из которых формируют арочные оболочки при соединении между собой монтажных блоков, имеют одинаковый диаметр.

Из изобретения «Сталежелезобетонное пролетное строение» (см. авторское свидетельство СССР №1825837, Е 01 D 9/02, 07.07.93) известно применение горизонтальных высокопрочных тяжей для обжатия трубчатых оболочек, используемых в качестве главных балок, а также наличие между главными тубами горизонтальных поперечных связей и не извлекаемой опалубки, которая уложена на опорные элементы, расположенные на упомянутых поперечных связях. В предлагаемом изобретении в главных трубах имеются металлические элементы жесткости. Из них одни - тяжи, которые установлены внутри труб главных балок и стягивают их в горизонтальной плоскости, а поперечные связи в виде уголков соединяют в горизонтальной плоскости концы полутруб арочных оболочек. Таким образом обеспечивается упрощение конструкции, и создаются условия для регулирования напряжений в пролетном строении моста, в частности, за счет искусственной деформации контура трубчатых балок, с помощью горизонтальных тяжей создаются дополнительные сжимающие и растягивающие напряжения. Одновременно повышается надежность в эксплуатации пролетного строения моста как за счет формирования соответствующей сборной металлической части, так и за счет монолитной железобетонной части, которая связана с металлической частью с помощью упоров, выполненных в виде штырей и расположенных соответствующим образом, а также арматурной сетки, которая соединена со штырями.

Анализ известных технических решений, представленных ранее, показывает, что обеспечение надежности и прочности пролетному строению моста, а также улучшение условий его сборки достигается и за счет увеличения массы сооружения, конструктивной его сложности. Например, по Патенту ФРГ №1931431 повышение надежности и прочности пролетного строения моста достигается формированием однородной металлической структуры, в частности расположением в ряд и подле друг друга труб и их связкой нижним и верхним листовым поясами. Как результат - увеличивается металлоемкость конструкции.

В авторском свидетельстве СССР №831893 обеспечение надежности и прочности пролетного строения моста достигается тем, что главная балка - труба, внутри которой омоноличена часть ее пространства в опорных участках, а связка главных балок образована арочными оболочками, имеющими иной диаметр, чем у труб главных балок. Это увеличивает объем бетонных работ, усложняет монтаж таких пролетных сооружений моста. Кроме того, внутри главной балки, омоноличенной с обоих концов, образуется конденсат, что приводит к коррозии и быстрому выходу из строя главных балок.

В предлагаемом техническом решении сформирована однородная волнистая поверхность у металлической части пролетного строения моста. Причем металлическая его часть сформирована из монтажных блоков, что улучшает условия сборки пролетного строения моста, уменьшает его металлоемкость и повышает надежность и долговечность конструкции. Кроме того, на поверхности металлической части в шахматном порядке по всей длине монолитного блока расположены перпендикулярно к ней упоры в виде штырей, установка которых в общем-то известна из патента РФ №214302. Но эта известная установка выполнена не на волнообразной поверхности, а на поверхности иной формы. В предлагаемом изобретении они установлены на равномерной волнообразно образованной поверхности, которая в сочетании с упомянутыми штырями позволяет иметь монолитную железобетонную часть пролетного строения моста, объединяющую его монтажные блоки в единую конструкцию.

Техническая сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где:

Фиг.1 - поперечный разрез пролетного строения моста;

Фиг.2 - узел соединения арочной оболочки с главной балкой;

Фиг.3 - узел соединения монтажных блоков друг с другом;

Фиг.4 - вид верхней части пролетного строения моста с установленными на ней упругими штырями;

Фиг.5 - вид фасада пролетного строения моста.

Практическая применимость настоящего изобретения поясняется нижеследующим описанием.

Данное пролетное строение моста состоит по меньшей мере из двух монтажных блоков 1 и 2, соединение которых образует металлическую часть пролетного строения (Фиг.1). В каждом монтажном блоке 1 и 2 металлические трубчатые главные балки 3 в поперечном направлении расположены на расстоянии L друг от друга. Это расстояние L равно наружному диаметру D трубы 3, которая используется и для главных балок для связи их между собой в поперечном сечении в виде полутрубы 4, и для создания соединительных дугообразных элементов 5. Они, как было отмечено ранее, установлены по бокам блоков 1 и 2. Соединение монтажных блоков 1 и 2 друг с другом (Фиг.3) выполнено в виде арочной оболочки 4, образованной из наложенных внахлест двух дугообразных соединительных элементов 5, установленных по бокам каждого монтажного блока 1 и 2. Эти элементы 5 имеют дугу длиной больше четверти длины окружности трубы 3 на величину h, зависящую от способа их соединения между собой и крепления монтажных блоков друг с другом (Фиг.3). Например, если соединение болтовое, то упомянутая величина удлинения «h» дуги составит порядка двух диаметров болта (не показано). Вообще, для соединения монтажных блоков между собой с помощью этих элементов 5 используются направляющие штыри (технологический элемент, изображенный на чертеже условно), которые фиксируют положение одного элемента 5 относительно другого, а следовательно, - один монтажный блок относительно другого (Фиг.3). Поэтому величина h зависит от толщины стенки полутруб 4 и диаметра упомянутого штыря. При этом внутри каждой главной балки 3 установлены тяжи 6 (Фиг.1, 2), у каждого из которых по концам нарезана резьба, и их натяжением управляют гайками 8, расположенными на их концах. В каждой арочной оболочке - поперечные связи 7, которые могут быть уголками (Фиг.2). Тяжи 6 и поперечные связи 7 расположены в горизонтальной плоскости и рассредоточены по длине блока (Фиг.5). В поперечном сечении тяжи 6 и поперечные связи 7 соединены между собой, образуя в блоке единые поперечные связи (Фиг.1). Причем в опорных участках внутри каждой главной балки 3 размещены элементы жесткости 12, имеющие центральное отверстие (Фиг.1, 2), которое обеспечивает протекание в трубе 3 конвекционных процессов, исключающих скопления воды внутри трубы. Поверх металлической части пролетного строения моста в шахматном порядке перпендикулярно к ней установлены упоры в виде штырей 13 (Фиг.4), а железобетонная часть выполнена монолитной 10 (Фиг.1). Возможен вариант, при котором сверху каждого монтажного блока расположена либо железобетонная, либо фибробетонная плита, и после объединения их в пролетное строение выполняют общую монолитную железобетонную плиту 11. Предлагаемое пролетное строения моста работает следующим образом. После загружения смонтированного пролетного строения моста второй частью постоянной нагрузки производят регулирование напряжений с помощью горизонтальных тяжей 6 с гайками 8. Искусственно созданная деформация контура трубчатых главных балок 3 позволяет снизить напряжение в нижних растянутых фибрах балки 3 и незначительно увеличить в верхних, где стальная часть работает совместно с железобетонной плитой. Также горизонтальные тяжи 6 с гайками 8, установленные по длине монтажного блока (Фиг.5) и фиксирующие упругий контур трубчатых балок 3 в процессе работы, не дают балкам 3 потерять общую и местную устойчивость от тяжелой временной и постоянной нагрузки. В процессе работы гайки 8 можно подтягивать, если это необходимо.

Монтаж конструкции начинают с изготовления монтажного блока 1 и 2. В трубчатых главных балках 3, в полутрубе 4 и в дугообразных соединительных элементах 5 просверливают отверстия с определенным шагом по длине монтажного блока. К поперечным связям 7 по торцам приваривают планки 9 с отверстиями, а затем - в полутрубе так, чтобы отверстия в планках 9 совпали с отверстиями в полутрубе. На стройплощадке или в заводских условиях главные балки 3 располагают на расстоянии L друг от друга, которое, в данном случае, равно диаметру трубы, используемой для главных балок. Между ними устанавливают полутрубу 4, а по бокам главных балок 3 на вспомогательных временных подмостях (не показаны) крепят дугообразные соединительные элементы 5. Затем соединяют все в единую конструкцию с помощью тяжей 6, которые пропускают через отверстия в главной балке 3, в полутрубе, в дугообразных соединительных элементах 5 и планках 9 поперечных связей 7. После этого производят затяжку гаек 8 на расчетное усилие с помощью динамометрического ключа или пневмогайковерта. После достижения требуемого обжатия поперечного сечения трубчатой главной балки 3 к ее боковой поверхности приваривают полутрубу 4 и дугообразные соединительные элементы 5. После этого в опорных участках (Фиг.5) приваривают опорные ребра жесткости 12 с центральным отверстием. К верхней волнообразной поверхности монтажного блока перпендикулярно к ней приваривают с помощью автомата «Гефест» упоры в виде штырей из обрезков арматуры 13 по длине блока. До установки монтажных блоков на опоры бетонируют плиту 10. Монолитная плита 10 включается в совместную работу с помощью упоров, установленных в шахматном порядке, по длине монтажного блока. Монолитная плита 10 может быть выполнена либо из железобетона, либо из фибробетона, что более предпочтительно, так как фибробетон имеет в несколько раз более высокую прочность при растяжении и на срез, ударную и усталостную прочность, трещиностойкость и вязкость разрушения, морозостойкость, водонепроницаемость, сопротивление кавитации, жаропрочность и пожаростойкость. По показателю работы разрушения фибробетон может в 15-20 раз превосходить бетон. Это обеспечивает его высокую технико-экономическую эффективность при применении в строительных конструкциях и их ремонте. Затем после набора бетоном монолитной плиты 10 необходимой прочности монтажные блоки доставляют на место и устанавливают на опоры с помощью кранового оборудования.

После установки монтажных блоков 1 и 2 на опоры и объединения между собой, как показано на чертеже (Фиг.3), бетонируют общую плиту 11 из обычного железобетона на всю ширину пролетного строения. Далее устраивается проезжая часть, и устанавливается барьерное и перильное ограждение (Фиг.5). На Фиг.5 изображено опирание пролетного строения на промежуточную опору.

Заявленное пролетное строение моста позволяет сократить материалоемкость конструкции, обеспечить оптимальную несущую способность за счет обжатия поперечного сечения трубы тяжами, перераспределяющего величины напряжений, возникающих в упругих контурах трубы. При этом снижается вес конструкции и расход материала, уменьшается трудоемкость процесса возведения пролетного строения моста из-за применения труб одного диаметра, а также из-за наличия монтажных блоков, которые изготавливаются предварительно.

Изобретение относится к строительству малых и средних мостов через реки, железные дороги, путепроводы и может быть использовано в конструкциях соответствующих пролетных строений, в частности путепроводов, эстакад, перекрытий. Пролетное строение моста включает металлические главные трубчатые балки, установленные между ними и соединенные с ними металлические арочные оболочки и объединенную с главными балками посредством упоров железобетонную часть. Новым является то, что трубчатые главные балки объединены, по меньшей мере, в два монтажных блока, в каждом из которых, по меньшей мере, две трубчатые главные балки расположены на расстоянии друг от друга, равном диаметру трубчатой балки, и соединены между собой арочной оболочкой, выполненной из полутрубы, имеющей диаметр, равный диаметру трубчатой балки, а соединение монтажных блоков друг с другом выполнено из установленных по бокам главных балок двух дугообразных соединительных элементов, наложенных внахлест и образующих арочные оболочки в виде полутруб, причем дугообразные соединительные элементы имеют длину дуги больше четверти длины окружности трубчатой балки, внутри каждой главной балки установлены тяжи, а в каждой арочной оболочке - поперечные связи, которые вместе с тяжами расположены в горизонтальной плоскости и рассредоточены по длине блока, а в поперечном сечении соединены между собой с образованием в блоке единых поперечных связей, при этом внутри каждой главной балки в опорных участках размещают элементы жесткости с центральным отверстием, кроме того, каждый монтажный блок выполнен с упорами в виде штырей, которые приварены в шахматном порядке перпендикулярно к верхней поверхности монтажного блока, а железобетонная часть выполнена монолитной. Технический результат изобретения состоит в создании пролетного строения моста, обладающего простотой конструкции и возможностью быстрого возведения в труднодоступных местах. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Пролетное строение моста, включающее металлические главные трубчатые балки, установленные между ними и соединенные с ними металлические арочные оболочки и объединенную с главными балками посредством упоров железобетонную часть, отличающееся тем, что трубчатые главные балки объединены, по меньшей мере, в два монтажных блока, в каждом из которых, по меньшей мере, две трубчатые главные балки расположены на расстоянии друг от друга, равном диаметру трубчатой балки, и соединены между собой арочной оболочкой, выполненной из полутрубы, имеющей диаметр, равный диаметру трубчатой балки, а соединение монтажных блоков друг с другом выполнено из установленных по бокам главных балок двух дугообразных соединительных элементов, наложенных внахлест и образующих арочные оболочки в виде полутруб, причем дугообразные соединительные элементы имеют длину дуги больше четверти длины окружности трубчатой балки, внутри каждой главной балки установлены тяжи, а в каждой арочной оболочке - поперечные связи, которые вместе с тяжами расположены в горизонтальной плоскости и рассредоточены по длине блока, а в поперечном сечении соединены между собой с образованием в блоке единых поперечных связей, при этом внутри каждой главной балки в опорных участках размещают элементы жесткости с центральным отверстием, кроме того, каждый монтажный блок выполнен с упорами в виде штырей, которые приварены в шахматном порядке перпендикулярно к верхней поверхности монтажного блока, а железобетонная часть выполнена монолитной.2. Пролетное строение по п.1, отличающееся тем, что каждый монтажный блок сверху имеет либо железобетонную, либо фибробетонную плиту.