ПРОЛЕТНОЕ СТРОЕНИЕ МОСТА С МНОГОРАСКОСНЫМИ ГЛАВНЫМИ ФЕРМАМИ Российский патент 2012 года по МПК E01D11/00 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении пролетных строений мостов разного назначения, выполненных с применением композитных материалов.

Известны пешеходные пролетные строения с двумя главными фермами, элементы которых выполнены из композитного материала, в качестве которого использован слоистый стеклопластик типа СППС («Мостовые конструкции из стеклопластика» // Сборник статей «Внедрение опыта прикладных перспективных технологий авиастроения в промышленности и на транспорте», под ред. А.Е.Ушакова, вып.1, М., 2001, стр.135-140; «Применение композитных материалов для мостовых конструкций» // Сборник статей «Внедрение опыта прикладных перспективных технологий авиастроения в промышленности и на транспорте», под ред. А.Е.Ушакова, вып.3, М., 2004, стр.5-80). Элементы этих пролетных строений, а именно, элементы главных ферм, ферм связей и несущих конструкций мостового полотна, составлены из профилей фасонного сечения. Главные фермы известных пролетных строений имеют простую раскосную решетку, их пояса составлены из одного или двух профилей швеллерного сечения, а раскосы и стойки состоят из одиночных профилей швеллерного или квадратного с продольной полостью сечений. Элементы главных ферм соединяются в узлах болтами диаметра 12 мм по одной или двум плоскостям контакта, через металлические фасонки. Несущие конструкции мостового полотна состоят из поперечных балок фасонного сечения, передающих давление на узлы главных ферм, и панелей ребристого настила, лежащего на поперечных балках и непосредственно воспринимающего временную нагрузку. Связи выполнены в виде ферм, имеющих простую раскосную или крестовую схему. Одно из самых больших пролетных строений такого типа установлено на мосту через трассу М7 в Нижегородской области (сайт www.apatech.ru. «Пешеходный мост у пос. Пыра, 378 км трассы М7 «Волга»). Пролет главных ферм 33,0 м, габарит пешеходной дорожки 3,0 м, масса пролетного строения - 30,9 т. Построенные пролетные строения мостов, в конструкции которых применяются композитные материалы, отличаются малым весом, высокой скоростью возведения на месте строительства, высокой коррозионной и химической стойкостью, долговечностью, незначительными эксплуатационными затратами.

Недостатки известных композитных пролетных строений:

- применяются главные фермы с простой раскосной решеткой, во всех элементах которой появляются плохо воспринимаемые материалом значительные поперечные силы и узловые изгибающие моменты;

- элементы решетки главных ферм выполняются из одиночных профилей фасонного сечения и усилия в узлах ферм передаются не более чем по двум плоскостям, что усугубляет работу раскосов и стоек в местах прикреплений, требует большого количества болтов, развитых фасонок и соответствующего увеличения поперечных сечений;

- фермы имеют большую высоту, необходимую для обеспечения нормативных требований по прогибам и связанную с невысоким модулем упругости стеклопластика;

- конструкции ферм и узлов, соединяющих фермы друг с другом, требуют высококвалифицированной сборки всего пролетного строения в заводском цехе или в специально оборудованном помещении, что ограничивает их размеры по условиям транспортировки;

- элементы пролетных строений уязвимы к ударам и значительная высота композитных главных ферм с простой раскосной решеткой ограничивает их применение преимущественно пешеходными мостами с расположением мостового полотна в уровне низа пролетных строений;

- существующие типы пролетных строений не приспособлены к применению их в конструкциях, комбинированных по материалу, в частности к устройству железобетонной плиты, включенной в работу главных ферм.

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются пролетные строения деревянных мостов с двумя многораскосными главными фермами с крестовой решеткой системы Тауна, применявшиеся ранее под все виды временных нагрузок, включая железнодорожную (Е.О.Патон. //«Деревянные мосты», Киев, типография товарищества Кушнеревъ и K°, 1910, стр.518). Элементы главных ферм этих пролетных строений - пояса, раскосы, стойки - изготавливались из досок и соединялись фермами продольных и поперечных связей, имевшими простую крестовую решетку и тоже состоявшими из досок. Несущие конструкции мостового полотна выполнялись из брусьев, располагались преимущественно в уровне верхних поясов с опиранием на них по всей длине и состояли из поперечных и продольных балок, расположенных в два яруса, а настил или/и рельсо-шпальная решетка укладывались выше продольных балок.

Многораскосные главные фермы с крестовой решеткой в пролетных строениях системы Тауна имели один или два прямолинейных верхних и один или два прямолинейных нижних пояса и одну или две системы многораскосных решеток крестового типа, каждая из которых состояла из двух групп раскосов встречного направления. Доски, из которых монтировались все элементы фермы, ставились своими широкими сторонами в нескольких вертикальных плоскостях, параллельных общей плоскости фермы. Доски поясов устанавливались с зазорами, в которых располагались концы элементов решетки - раскосов и стоек. Наиболее напряженные стойки, например опорные, могли быть усилены досками с наружной стороны поясов. По длине пролета доски поясов стыковались в разных местах, и стыки перекрывались дополнительным слоем досок. В узлах главных ферм доски разных элементов располагались в смежных плоскостях и скреплялись нагелями и болтами без фасонок.

Пролетные строения Тауна просты по конструкции и изготавливались на месте из пиломатериалов. Их максимальные пролеты достигали 50,0 м. Частое расположение узлов главных ферм улучшало устойчивость элементов и облегчало несущие конструкции мостового полотна, позволяя располагать поперечные балки не только в узлах ферм, но и между ними.

Недостатками пролетных строений системы Тауна являлись:

- древесина подвержена растрескиванию и гниению, пролетные строения недолговечны;

- в элементах и узлах много зазоров, которые плохо проветриваются, загнивание начинается в местах, трудно доступных для осмотра, что повышает аварийную опасность;

- низкая ремонтопригодность;

- значительный вес конструкций;

- невысокая продольная прочность материала и низкий модуль упругости вызывали необходимость строить пролетные строения значительной высоты, что ограничивало область их экономически оправданного применения;

- не использована возможность облегчения несущих конструкций. мостового полотна за счет применения многораскосной крестовой или треугольной решетки в фермах поперечных связей с опиранием на эти фермы продольных балок мостового полотна.

Ставилась задача разработать конструкцию пролетного строения моста, которую можно монтировать в условиях строительной площадки из простейших, легко перевозимых деталей, обладающую долговечностью, небольшим весом, высокой коррозионной и химической стойкостью и имеющую умеренную высоту, при которой экономически оправдано расположить мостовое полотно в уровне верха конструкции и строить мосты любого габарита, под разные типы временной нагрузки, при этом обеспечить безопасность эксплуатации и иметь возможность комбинировать материал элементов главных ферм с материалом несущих конструкций мостового полотна, включая их в совместную работу.

Поставленная задача решается тем, что в пролетном строении моста с многораскосными фермами из композитных материалов, включающем хотя бы две многораскосные главные фермы с крестовой решеткой, каждый элемент которой выполняется из одной или нескольких полос прямоугольного поперечного сечения, расположенных своими широкими сторонами в вертикальных плоскостях, параллельных общей плоскости фермы так, что в узлах полосы одного элемента располагаются между полосами других элементов и скрепляются болтами и нагелями непосредственно, без фасонок, хотя бы две поперечные связи, соединяющие многораскосные главные фермы с крестовой решеткой хотя бы в двух местах, несущие элементы мостового полотна, расположенные в уровне верха пролетного строения и опирающиеся на верхние пояса многораскосных главных ферм с крестовой решеткой по всей их длине, все элементы многораскосных главных ферм с крестовой решеткой и поперечных связей изготовлены из композитных материалов, а несущие конструкции мостового полотна дополнительно опираются на поперечные связи и объединены с верхними поясами многораскосных главных ферм с крестовой решеткой и поперечными связями с помощью металлических деталей в единое целое. При этом поперечные связи выполнены либо в виде многораскосных ферм с крестовой решеткой, либо в виде ферм с треугольной решеткой, либо в виде диафрагм, либо в виде их комбинации, а что несущие конструкции мостового полотна выполнены либо в виде продольно расположенных ребристых панелей из композитного материала, либо в виде продольно расположенных панелей клееной деревоплиты, либо в виде монолитной железобетонной плиты, либо из сборных железобетонных плит, объединенных в стыках как единое целое. В качестве композитного материала используется древесный слоистый пластик. Кроме того, если в качестве композитного материала используется стеклопластик типа СППС, то при этом полосы, составляющие прямолинейные участки элементов многораскосных главных ферм с крестовой решеткой и элементов поперечных связей, не имеют стыков.

Технический эффект заявляемого пролетного строения заключается в следующем:

- снижается вес пролетного строения;

- увеличивается коррозионная и химическая стойкость и долговечность пролетного строения, снижаются эксплуатационные расходы;

- имеется возможность собирать пролетное строение на месте строительства из простых, легко перевозимых деталей и материалов;

- уменьшается высота пролетного строения по сравнению с конструкциями, имеющими другой тип решетки главных ферм, становится целесообразным применять композитные многораскосные фермы с крестовой решеткой в пролетных строениях, с расположением мостового полотна в уровне верха главных ферм, при этом назначать любую ширину габарита, устанавливая несколько ферм в одном пролете, задавать разные виды временной нагрузки, повысить безопасность эксплуатации моста;

- при расположении мостового полотна в уровне верха многораскосных главных ферм с крестовой решеткой имеется возможность строить пролетные строения комбинированные по материалу, включая в работу верхних поясов элементы несущих конструкций мостового полотна, выполненные из другого материала, нежели элементы многораскосных главных ферм, что позволяет применять известные и оправдавшие себя конструкции мостового полотна и уменьшить прогибы пролетного строения.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1а представлен фасад пролетного строения с многораскосными главными фермами с крестовой решеткой, где 1 - главные фермы, 2 - несущие конструкции мостового полотна. На фиг.1б и 1в даны поперечные разрезы пролетного строения соответственно с двумя и несколькими многораскосными главными фермами, где 1 - главные фермы, 2 - несущие конструкции мостового полотна, 3 - многораскосные фермы поперечных связей с крестовой решеткой, 4 - диафрагмы ограниченной высоты.

На фиг.2а представлен фасад многораскосной главной фермы с крестовой решеткой, где 5 - верхний пояс, 6 - нижний пояс, 7 - раскосы встречных направлений, 8 - стойки. На фиг.2б, 2в, 2г при тех же обозначениях показаны примеры возможного взаимного расположения полос композитного материала в поперечных сечениях главных ферм: 2б - с одной многораскосной системой крестовой решетки, имеющей две группы раскосов встречных направлений, стойками из двух полос и верхним поясом из четырех полос; 2в - с одной многораскосной системой крестовой решетки, имеющей две группы раскосов встречных направлений, стойками из трех полос и верхним поясом из четырех полос, 2г - с двумя многораскосными системами крестовой решетки, каждая из которых имеет две группы раскосов встречных направлений, стойками из двух полос и верхним поясом из шести полос.

Пролетное строение имеет следующую конструкцию. Оно состоит из двух или более многораскосных главных ферм с крестовой решеткой, соединенных друг с другом поперечными связями и, в уровне верха ферм, элементами несущих конструкций мостового полотна. Многораскосные главные фермы с крестовой решеткой изготавливаются каждая хотя бы с одним прямолинейным верхним поясом и хотя бы с одним прямолинейным нижним поясом. Элементы этих ферм - пояса, раскосы и стойки - составляются из деталей в виде полос композитного материала прямоугольного поперечного сечения. Полосы, составляющие элементы многораскосной главной фермы, устанавливаются своими широкими сторонами в нескольких вертикальных плоскостях, параллельных ее общей плоскости с зазорами, соответствующими толщине полос. Каждый пояс составлен хотя бы из двух полос. В зазорах между полосами поясов располагается хотя бы одна многораскосная система крестовой решетки, состоящая из двух групп раскосов встречного направления, и стоек. В узлах соединения элементов фермы полосы одного элемента располагаются между полосами других элементов и соединяются все вместе болтами и нагелями без применения фасонок.

Поперечные связи между главными фермами выполняются из композитных деталей в виде ферм с известными схемами решетки и в виде диафрагм, а также в виде комбинации тех и других типов связей. Продольные связи между главными фермами в разрезных пролетных строениях, как правило, не требуются.

Несущая конструкция мостового полотна выполняется в виде:

- панелей продольно расположенного настила, выполненного из композитных профилей ребристого поперечного сечения;

- продольно расположенных панелей клееной деревоплиты;

- железобетонной плиты, которая бетонируется на месте строительства;

- сборных железобетонных плит, объединенных в стыках как единое целое.

Во всех случаях несущие конструкции мостового полотна опираются на верхние пояса многораскосных главных ферм и на поперечные связи по всей длине пролетного строения и объединяются с ними для совместной работы с помощью металлических деталей, а также имеют покрытие для защиты от воздействия атмосферной влаги и механического воздействия временной нагрузки, а клееные элементы, кроме того, имеют антисептическую защиту.

При выполнении расчетов пролетного строения с многораскосными главными фермами с крестовой решеткой оптимизируются по расходу материалов следующие параметры:

- число многораскосных главных ферм в одном пролетном строении;

- шаг поперечных связей с выбором типа связей,

- высота многораскосных главных ферм;

- размеры поперечных сечений несущих конструкций мостового полотна или толщина железобетонной плиты;

- число верхних и число нижних поясов главных ферм;

- размеры поперечных сечений полос композитного материала;

- число полос в каждом из поясов главных ферм с изменением по длине пролета;

- количество систем многораскосной крестовой решетки главных ферм;

- шаг раскосов вдоль пролета и, соответственно, их число в одном поперечном сечении многраскосных главных ферм;

- число полос в стойках многраскосных главных ферм.

Параметры пролетного строения подбираются с учетом устройства узлов многраскосных главных ферм без фасонок.

Преимущества заявляемого изобретения заключаются в следующем: для элементов пролетного строения применяется легкий и долговечный материал, обладающий высокой химической и коррозионной стойкостью; пролетные строения могут быть изготовлены на месте строительства из простейших деталей и материалов, удобных для перевозки и монтажа в условиях строительной площадки, они легко ремонтируемы и долговечны; пролетные строения с многораскосными главными фермами с крестовой решеткой имеют умеренную высоту, при которой экономически оправдано расположение мостового полотна в уровне верха конструкций, что дает возможность проектировать мост любого габарита, под любую нагрузку, обеспечить безопасность эксплуатации и применять комбинированные по материалу конструкции, включая в работу главных ферм несущие конструкции мостового полотна, выполненные из железобетона или иного материала.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении пролетных строений мостов разного назначения, выполненных с применением композитных материалов. Пролетное строение моста с многораскосными фермами включает хотя бы две многораскосные главные фермы с крестовой решеткой, каждый элемент которой выполняется из одной или нескольких полос прямоугольного поперечного сечения, расположенных своими широкими сторонами в вертикальных плоскостях, параллельных общей плоскости фермы так, что в узлах полосы одного элемента располагаются между полосами других элементов и скрепляются болтами и нагелями непосредственно, без фасонок, хотя бы две поперечные связи, соединяющие многораскосные главные фермы с крестовой решеткой хотя бы в двух местах, несущие элементы мостового полотна, расположенные в уровне верха пролетного строения и опирающиеся на верхние пояса многораскосных главных ферм с крестовой решеткой по всей их длине, все элементы многораскосных главных ферм с крестовой решеткой и поперечных связей изготовлены из композитных материалов, а несущие конструкции мостового полотна дополнительно опираются на поперечные связи и объединены с верхними поясами многораскосных главных ферм с крестовой решеткой и поперечными связями с помощью металлических деталей в единое целое. При этом поперечные связи выполнены либо в виде многораскосных ферм с крестовой решеткой, либо в виде ферм с треугольной решеткой, либо в виде диафрагм, либо в виде их комбинации, а несущие конструкции мостового полотна выполнены либо в виде продольно расположенных ребристых панелей из композитного материала, либо в виде продольно расположенных панелей клееной деревоплиты, либо в виде монолитной железобетонной плиты, либо из сборных железобетонных плит, объединенных в стыках как единое целое, в качестве композитного материала используется древесный слоистый пластик. Кроме того, если в качестве композитного материала используется либо стеклопластик типа СППС, при этом полосы, составляющие прямолинейные участки элементов многораскосных главных ферм с крестовой решеткой и элементов поперечных связей, не имеют стыков, либо древесный слоистый пластик, либо бакелизированная фанера. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пролетное строение моста с многораскосными фермами из композитных материалов, включающее хотя бы две многораскосные главные фермы с крестовой решеткой, каждый элемент которой выполняется из одной или нескольких полос прямоугольного поперечного сечения, расположенных своими широкими сторонами в вертикальных плоскостях, параллельных общей плоскости фермы так, что в узлах полосы одного элемента располагаются между полосами других элементов и скрепляются болтами и нагелями непосредственно, без фасонок, хотя бы две поперечные связи, соединяющие многораскосные главные фермы с крестовой решеткой хотя бы в двух местах, несущие элементы мостового полотна, расположенные в уровне верха пролетного строения и опирающиеся на верхние пояса многораскосных главных ферм с крестовой решеткой по всей их длине, отличающееся тем, что все элементы многораскосных главных ферм с крестовой решеткой и поперечных связей изготовлены из композитных материалов, а несущие конструкции мостового полотна дополнительно опираются на поперечные связи и объединены с верхними поясами многораскосных главных ферм с крестовой решеткой и поперечными связями с помощью металлических деталей в единое целое.

2. Пролетное строение моста по п.1, отличающееся тем, что поперечные связи выполнены либо в виде многораскосных ферм с крестовой решеткой, либо в виде ферм с треугольной решеткой, либо в виде диафрагм, либо в виде их комбинации.

3. Пролетное строение моста по п.1, отличающееся тем, что несущие конструкции мостового полотна выполнены в виде продольно расположенных ребристых панелей из композитного материала.

4. Пролетное строение моста по п.1, отличающееся тем, что несущие конструкции мостового полотна выполнены в виде продольно расположенных панелей клееной деревоплиты.

5. Пролетное строение моста по п.1, отличающееся тем, что несущие конструкции мостового полотна выполнены в виде монолитной железобетонной плиты.

6. Пролетное строение моста по п.1, отличающееся тем, что несущие конструкции мостового полотна выполнены из сборных железобетонных плит, объединенных в стыках как единое целое.

7. Пролетное строение моста по любому из пп.1 или 5, отличающееся тем, что в качестве композитного материала используется стеклопластик типа СППС, при этом полосы, составляющие прямолинейные участки элементов многораскосных главных ферм с крестовой решеткой и элементов поперечных связей не имеют стыков.

8. Пролетное строение моста по любому из пп.1 или 5, отличающееся тем, что в качестве композитного материала используется древесный слоистый пластик.

9. Пролетное строение моста по любому из пп.1 или 5, отличающееся тем, что в качестве композитного материала используется бакелизированная фанера.