ВАНТОВЫЙ МОСТ Российский патент 2019 года по МПК E01D11/04 

Изобретение относится к мостостроению и может быть использовано при сооружении большепролетных железобетонных вантовых туннельных мостов.

Известен вантовый мост, содержащий пилоны, установленные вдоль фасада моста и закрепленные на мостовых опорах, балку жесткости, поддерживаемую пучками наклонных радиально-лучевых вантов, расположенных по обе стороны от каждого пилона и одним концом закрепленных на балке жесткости, а другим концом - сверху на пилоне, каждый пилон выполнен из двух наклонных и расходящихся в стороны ветвей и со стороны фасада имеет вид ласточкиного хвоста, а ванты закреплены на вершинах ветвей пилонов, помимо этого, каждый пилон снабжен жестким кабелем, соединяющим концы расходящихся ветвей пилона, RU 145946 U1, опубл. 27.09.2014.

Недостатком данного моста является низкая прочность и низкая жесткость конструкции, а также то обстоятельство, что пилоны находятся посредине судоходного пролета, что значительно ограничивает судоходство.

Известен вантовый мост, включающий балку жесткости, пилоны и ванты; балка жесткости выполнена из бетона, в местах расположения пилонов и в средней по ее длине части балки жесткости заодно с ней выполнены бетонные арки, при этом в балке жесткости и в бетонных арках расположены предварительно напряженные тросы, а ванты прикреплены как к бетонным аркам, так и в свободных от них местах к балке жесткости, RU 2578401 С1, опубл. 22.03.2016.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения. Прототипу свойственны следующие недостатки: невысокая прочность и невысокая жесткость конструкции.

Задачей настоящего изобретения является увеличение прочности, жесткости и несущей способности конструкции, что обеспечивает возможность создания железобетонных туннельных мостов весьма больших размеров.

Поставленная задача решается за счет того, что в вантовом мосту, включающем выполненную из бетона балку жесткости, пилоны и ванты, при этом в балке жесткости расположены соединительные средства, выполненные в виде предварительно напряженных тросов, согласно изобретения, мост снабжен опорами, расположенными между пилонами на расстоянии пролета моста, а балка жесткости выполнена в виде удлиненных туннельных секций, длина которых равна длине пролета моста, причем противоположные торцы соседних туннельных секций соединены посредством предварительно напряженных тросов так, что продольные оси всех туннельных секций выровнены в продольном направлении, а тросы расположены в стенках туннельных секций вдоль их продольной оси, причем длина каждого троса превышает длину соответствующей туннельной секции, а концы каждого троса расположены в соседних секциях, при этом ванты прикреплены к туннельной секции с ее внешней стороны по всей ширине туннельной секции, причем туннельные секции выполнены с полостью внутри.

Вантовый мост может быть снабжен дополнительными соединительными средствами, выполненными в виде арматурных стержней, расположенных в стенках туннельных секций вдоль их продольной оси около их торцов, причем концы каждого стержня расположены в соседних секциях; туннельная секция может содержать в своей полости между торцами, по меньшей мере, одно дорожное полотно, преимущественно два и более дорожных полотна, расположенных ярусами и разбивающих полость туннельной секции на два и более герметичных отсека, расположенных один над другим; туннельная секция может содержать железобетонную коробку, в поперечном сечении имеющую форму прямоугольника, причем внутри коробки может быть выполнено две цилиндрические полости, соединенные балками жесткости из железобетона, при этом цилиндрические полости окружены толстостенными железобетонными оболочками, а предварительно напряженные тросы и арматурные стержни расположены в железобетонных оболочках.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

на фиг. 1 - общий вид моста;

на фиг. 2 - вид по Б-Б на фиг. 1 по п. 1 формулы изобретения;

на фиг. 3 - вид В на фиг. 1;

на фиг. 4 - узел А на фиг. 1 в увеличенном масштабе по п. 4 формулы изобретения;

на фиг. 5 - вид по Б-Б на фиг. 1 по п. 4 формулы изобретения.

Вантовый мост содержит бетонную балку жесткости, выполненную из удлиненных туннельных секций 1 с полостью 2 внутри. Туннельные секции 1 установлены на опорах 3 с дополнительными натяжными лебедками (на чертежах не показано). По концам моста размещены попарно пилоны 11. Длина туннельных секций 1 равна длине пролета моста «L» между соседними опорами 3 или между опорой 3 и пилоном 11. Балка жесткости прикреплена к пилонам 11 посредством вантов 12. Пилоны 11 могут быть выполнены с поперечными перемычками 14. Ванты 12 с одной стороны прикреплены к поперечным перемычкам или боковым частям пилонов 11, а с другой стороны прикреплены к туннельной секции 1 с ее внешней стороны по всей ширине туннельной секции 1.

Противоположные торцы соседних туннельных секций 1 соединены посредством соединительных средств, представляющих собой предварительно напряженные тросы 4, так, что продольные оси всех туннельных секций 1 выровнены в продольном направлении. Туннельные секции 1 выполнены из железобетона. Предварительно напряженные тросы 4 расположены в стенках туннельных секций 1 вдоль их продольной оси, причем длина каждого троса 4 превышает длину соответствующей туннельной секции 1, а концы каждого троса 4 расположены в соседних секциях 1.

Вантовый мост снабжен дополнительными соединительными средствами, выполненными в виде арматурных стержней 5, расположенных в стенках туннельных секций 1 вдоль их продольной оси около их торцов, причем концы каждого стержня 5 расположены в соседних секциях 1. Арматурные стержни 5 могут проходить по всей длине туннельной секции 1.

Туннельная секция 1 содержит в своей полости 2 между торцами, по меньшей мере, одно дорожное полотно (на чертежах не показано). Туннельная секция 1 в конкретном примере выполнения содержит в своей полости 2 между торцами два дорожных полотна, расположенных ярусами и разбивающих полость 2 туннельной секции горизонтальной перемычкой 15 на два герметичных отсека 6 и 7, расположенных один над другим.

Туннельная секция 1 выполнена в виде железобетонной коробки 8, которая в поперечном сечении имеет форму прямоугольника. В конкретном примере внутри коробки 8 имеется две цилиндрические полости 2, соединенные балками 9 жесткости из железобетона. Цилиндрические полости 2 окружены толстостенными железобетонными оболочками 10, в которых расположены предварительно напряженные тросы 4 и арматурные стержни 5.

Для тросов 4 используют сверхпрочную стальную проволоку, которая имеет незначительную текучесть. При постоянном напряжении ползучесть такой проволоки близка к ползучести бетона, поэтому потеря напряжения бетона вследствие ползучести тросов минимальна.

Для изготовления туннельных секций на опорах 3 и пилонах 11 расположены камеры (на чертежах не показаны).

Нижние тросы 4 по всей длине моста закрепляют на соседних опорах 3, выпуская их концы за торцы секций 1. Затем тросы 4 по всей длине моста натягивают с помощью гидравлических натяжных устройств (на чертежах не показано), выпуская их концы за торцы секций 1. Величина натяжения тросов должна рассчитываться с учетом компенсации усадки бетона при потере влаги, которая может продолжаться довольно долго и вызывать потерю напряжения тросов. Необходимо применять высокопрочный бетон прочностью в возрасте 28 дней более 400 кг/см². Наиболее высокую прочность обеспечивают жесткие и жирные бетонные смеси.

В переднем торце (первой) бетонируемой туннельной секции 1 располагают арматурные стержни 5, концы которых выпускают за торец этой секции 1. Бетонируют нижнюю часть туннельной секции 1, формируя пол полости 2. При этом перед бетонированием заднего торца первой бетонируемой туннельной секции 1 выступающие концы тросов 4 и арматурных стержней 5 следующей (второй) бетонируемой туннельной секции 1 располагают в первой секции 1 с перекрытием.

При укладке бетона используют вибраторы. Натяжение тросов 4 поддерживают до того момента, когда бетон станет достаточно прочным, после чего концы тросов 4 освобождают от натяжных устройств. При этом натяжение тросов 4 передается бетону благодаря сцеплению с ним. Напряженный бетонный элемент проектируется таким образом, чтобы при полной рабочей нагрузке в бетоне не возникло растягивающих напряжений. Если этот элемент будет перегружен, то при условии, что напряжения в тросах не достигли предела текучести, он имеет способность, практически, к полному восстановлению после снятия нагрузки. Как показывают расчеты, предварительно напряженные тросы 4 значительно увеличивают жесткость и несущую способность конструкции.

Перед бетонированием соседней (второй) туннельной секции 1 выступающие концы тросов 4 и арматурных стержней 5 первой секции 1 располагают в соседней секции 1 с перекрытием. Таким образом бетонируют нижнюю часть туннельных секций по длине всего моста, стыкуя соседние секции и располагая выступающие концы тросов 4 и арматурных стержней 5 соседних секций 1 с перекрытием.

После окончания бетонирования нижних тросов 4 аналогично последовательно бетонируют средние части туннельных секций 1 моста, формируя боковые стороны полости 2, а затем верхнюю часть секций 1 моста, формируя потолок полости 2. Между торцами туннельных секций 1 может быть расположено одно или несколько, например, два дорожных полотна.

Для обеспечения возможности формирования между торцами туннельных секций 1 в полости 2 дорожных полотен, расположенных ярусами и разбивающих полость 2 туннельной секции 1 на два герметичных отсека 6 и 7, расположенных один над другим (п. 4 формулы изобретения), сначала бетонируют нижнюю часть туннельной секции 1, формируя пол полости 2. Далее бетонируют стенки нижнего отсека 7 туннельной секции 1 и горизонтальные перемычки 15, формируя потолок отсека 7 и пол верхнего отсека 6 туннельной секции 1. Затем бетонируют стенки и потолок верхнего отсека 6 туннельной секции 1.

Для обеспечения возможности формирования туннельной секции с внешней железобетонной коробкой 8, внутри которой выполнено две цилиндрические полости 2, окруженные толстостенными железобетонными оболочками 10 с предварительно напряженными тросами и арматурными стержнями и соединенные железобетонными балками 9 жесткости (п. 5 формулы изобретения), сначала одновременно изготавливают две цилиндрические полости 2, окруженные толстостенными железобетонными оболочками 10 с предварительно напряженными тросами 4 и арматурными стержнями 5, затем соединяют оболочки 10 железобетонными балками 9 жесткости и после этого изготавливают опалубку и бетонируют коробку 8.

Благодаря расположению выступающих концов тросов 4 и арматурных стержней 5 в соседних секциях 1 с перекрытием, обеспечена возможность изготовления балки жесткости моста с неразъемными пролетами.

После изготовления основного пролета балки жесткости, состоящей из состыкованных туннельных секций 1, ее прикрепляют к попарно размещенным пилонам 11, при этом ванты 12 с одной стороны прикрепляют к пилонам 11, а с другой стороны прикрепляют к туннельной секции 1 с ее внешней стороны, причем ванты 12 располагают по всей ширине туннельной секции 1.

Благодаря реализации отличительных признаков изобретения также достигается и другой технический результат: полностью используется потенциальная прочность на сжатие высококачественного бетона, а его низкая прочность на растяжение при этом не будет иметь значения, так как силы, действующие на растяжение, будут только уменьшать сжатие, созданное предварительным натяжением тросов. Таким образом, впервые обеспечивается возможность создания железобетонных туннельных вантовых мостов весьма больших размеров, что позволяет значительно снизить стоимость сооружения.

Железобетонная коробка 8 и балки 9 жесткости дополнительно увеличивают жесткость конструкции.

Для реализации изобретения могут быть использованы распространенные материалы и известное оборудование, что, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения условию патентоспособности «Промышленная применимость».

Изобретение может быть использовано при сооружении большепролетных вантовых мостов. В вантовом мосту, включающем выполненную из бетона балку жесткости, пилоны и ванты, в балке жесткости расположены соединительные средства, выполненные в виде предварительно напряженных тросов. Мост снабжен опорами, расположенными между пилонами на расстоянии пролета моста, а балка жесткости выполнена в виде удлиненных туннельных секций, длина которых равна длине пролета моста. Противоположные торцы соседних туннельных секций соединены посредством предварительно напряженных тросов так, что продольные оси всех туннельных секций выровнены в продольном направлении, а тросы расположены в стенках туннельных секций вдоль их продольной оси, причем длина каждого троса превышает длину соответствующей туннельной секции, а концы каждого троса расположены в соседних секциях, Ванты прикреплены к туннельной секции с ее внешней стороны по всей ширине туннельной секции. Туннельные секции выполнены с полостью внутри. Увеличиваются прочность, жесткость и несущая способность конструкции, что обеспечивает возможность создания железобетонных туннельных мостов весьма больших размеров. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Вантовый мост, включающий выполненную из бетона балку жесткости, пилоны и ванты, при этом в балке жесткости расположены соединительные средства, выполненные в виде предварительно напряженных тросов, отличающийся тем, что мост снабжен опорами, расположенными между пилонами на расстоянии пролета моста, а балка жесткости выполнена в виде удлиненных туннельных секций, длина которых равна длине пролета моста, причем противоположные торцы соседних туннельных секций соединены посредством предварительно напряженных тросов так, что продольные оси всех туннельных секций выровнены в продольном направлении, а тросы расположены в стенках туннельных секций вдоль их продольной оси, причем длина каждого троса превышает длину соответствующей туннельной секции, а концы каждого троса расположены в соседних секциях, при этом ванты прикреплены к туннельной секции с ее внешней стороны по всей ширине туннельной секции, причем туннельные секции выполнены с полостью внутри.

2. Вантовый мост по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными соединительными средствами, выполненными в виде арматурных стержней, расположенных в стенках туннельных секций вдоль их продольной оси около их торцов, причем концы каждого стержня расположены в соседних секциях.

3. Вантовый мост по п. 1 или 2, отличающийся тем, что туннельная секция содержит в своей полости между торцами по меньшей мере одно дорожное полотно.

4. Вантовый мост по п. 3, отличающийся тем, что туннельная секция содержит в своей полости между торцами два и более дорожных полотна, расположенных ярусами и разбивающих полость туннельной секции на два и более герметичных отсека, расположенных один над другим.

5. Вантовый мост по п. 4, отличающийся тем, что туннельная секция содержит железобетонную коробку, в поперечном сечении имеющую форму прямоугольника, причем внутри коробки выполнено две цилиндрические полости, соединенные балками жесткости из железобетона, при этом цилиндрические полости окружены толстостенными железобетонными оболочками, а предварительно напряженные тросы и арматурные стержни расположены в железобетонных оболочках.