Силовая оградительная конструкция для стен подземного канала и гофрированный элемент для этой конструкции (варианты) Российский патент 2025 года по МПК E21D5/08 E21D11/20 E04B1/38 

Изобретение относится к строительным конструкциям и может быть использовано для строительства и облицовки подземных сооружений. В частности, изобретение быть использовано в качестве элементов силовых конструкций сооружений на железных и автомобильных дорогах, коммуникационных коллекторов, шахтных и вентиляционных каналов и т.д. Для подобных конструкций сочетание высокой прочности, сопоставимой со сталью, при сравнительно малом весе и высокой коррозионной стойкости, за счет цинкования, при воздействиях атмосферных, промышленных, химических и грунтовых агрессивных сред является наиболее выигрышным для обеспечения большой долговечности и надежности конструкций при существенном упрощении монтажных и строительных работ. Изобретение также относится к горному делу, а именно к креплению вертикальных и горизонтальных выработок, и может быть использовано для крепления вентиляционно-ходовых сбоек при подземной разработке.

Известны конструкции сборного крепления только из гофрированных листов, которые собирают наложением и подсовыванием одного листа на (под) другой внахлёст, как в продольном, так и в поперечном направлении с установкой в совмещенные отверстия болтов и закручиванием гаек.

В RU 19844 U1, 10.10.2001 описан путепровод туннельного типа, содержащий расположенный в теле насыпи гибкий гофрированный свод и основание, свод дополнен гофрированным гибким лотком, опирающимся на основание, представляющее собой подушку, уложенную в котлован, при этом свод с лотком образуют гофрированную трубу, над которой установлена гидроизоляция.

В RU 30363 U1, 27.06.2003 описана гофрированная конструкция под насыпью, содержащая размещенные в насыпи опоры, установленные на основании, и гибкий свод из соединенных между собой гофрированных элементов, жестко закрепленный на опорах, гибкий гофрированный свод выполнен в виде, по меньшей мере, из двух сопряженных арок, при этом в насыпи установлены боковые стены из габионов, засыпка пространства между которыми выполнена армированным послойно уплотненным грунтом.

Недостатками конструкций из известных листовых оцинкованных металлических гофрированных профилей являются ограничение несущей способности конструкции подземного канала (по высоте засыпки) из-за соединения листов внахлест болтами, трудоемкая и небезопасная технология сборки, поскольку листы приходится накладывать или подсовывать друг под друга с образованием нахлеста, такое соединение гофрированных листов внахлест приводит к затратам на «лишний» металл. Кроме этого, сборка конструкций из листов внахлест невозможна внутри дефектной конструкции с примыканием к поверхности для ее усиления. При этом, как показала практика эксплуатации гофрированных конструкций и натурные испытания до разрушения, слабым местом являются болты, которые первыми начинают отрываться и приводят к разрушению конструкции.

Также известно решение из RU 159015 U1, 20.01.2000, B21D5/00, касающееся конструкции листового металлического гофрированного профиля, выполненного с отверстиями по его периметру в продольном и поперечном направлениях, отверстия в продольном направлении расположены в один ряд и выполнены на каждой вершине и впадине гофра. Это решение принято в качестве прототипа.

В этом решении используется принцип создания оградительной конструкции для подземного канала за счет нахлеста листов и скрепления их между собой болтами.

Недостаток известной конструкции заключается в недостаточной несущей способности и слабом удержании формы ограждения стенок подземного канала. Любая гофрированная пластина, по сути, представляет собой тонколистовой элемент типа мембраны, несущая способность которой определена возможностью самоуравновешивания за счет сопротивления упругой компоненты материала по отношению к внешней нагрузке. То есть мембрана держит форму при внешнем нагружении за счет собственной упругости, которая может быть выражена внутренней напряженностью структуры материала мембраны. Если мембрана защемлена на концах, то проявление упругой составляющей проходит на центральном участке и проявляется в форме некоторого прогиба. Это обусловлено тем, что защемленные концы мембраны обладают в месте заделки конструктивной прочностью, превышающей прочность расположенного между заделками участка. Поэтому действие внешней нагрузки суммируется на центральном участке. При прогибе мембрана не теряет свою форму до тех пор, пока увеличение нагрузки не приведет к переходу прямого участка упругой деформации в участок начала пластической деформации (начало невосстанавливаемого разрушения материала пластины). То есть в таких условиях закрепления мембрана работает только на центральном участке: чем этот участок меньше, тем больше способность мембраны нести нагрузку. При нагружении центрального участка растягивающие мембрану усилия передаются в зоны защемления и воздействуют на ножки болтов как срезающее усилие (образуется изгибный момент, компенсирующий нагрузку на центральном участке).

В известном решении две смежно расположенные гофрированные пластины соединены между собой друг над другом с подсунутой между ними пластины соседнего кольца и скреплены болтами. Прочность соединительной зоны существенно превышает прочность отдельной пластины и поэтому рассматривается как заделка края пластины. При нагружении под действием внешней нагрузки (закачиваемая за внешний контур оградительной конструкции бетонная смесь) мембрана воспринимает нагрузку только за счет упругой компоненты примененного в пластине материала. При этом пластина за счет изменения своей формы (из-за прогиба в центральной части) пытается восстановить равновесие за счет изменения положения концевых участков, которые скреплены болтами, не позволяющими краевым участкам сдвинуться (изгибающий момент). В результате происходит срез болтов как ослабленных по прочности элементов в заделке. В связи с этим такие гофрированные пластины рассчитываются по нагрузке с большим коэффициентом запаса по упругому сопротивлению деформациям (то есть, мембрана переводится на работу на начальном участке прямой линии упругой деформации на диаграмме деформаций материала).

Для устранения этого явления возможно увеличение толщины гофрированной пластины, но это приводит к увеличению веса фрагментов ограждения, либо ослабить заделку и предоставить концам пластины возможность смещения в этой заделке. Но ослабление прочности соединения приводит к потере формы самого ограждения.

Кроме того, соединение с наложением гофров в углубление образует зазор, при котором стягивание высокопрочными болтами создает дополнительное постоянное преднапряжение, приводящее в последующем к отрыву головок.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в увеличении несущей способности силовой оградительной конструкции за счет применения гофрированных элементов, образующих пояса повышенной жесткости боковыми накладками, при уменьшении веса.

Указанный технический результат достигается тем, что силовая оградительная конструкция для стен подземного канала, содержит гофрированные элементы, стыкуемые между собой с применением накладок, при этом каждый гофрированный элемент представляет собой прямоугольной формы в плане гофрированную пластину ориентацией гофров по ее длине, у которой по ее краям по длине к выступу гофры, приварены или прикреплены высокопрочным болтовым крепежом боковые накладки в виде по крайней мере одной волны гофры каждая, при этом к выступу гофры пластины накладка прикреплена выступом своей гофры, при этом первые гофрированные элементы, с гофрами, ориентированными по длине элемента, по краям по длине заканчиваются выступом гофры вверх, вторые гофрированные элементы, с гофрами, ориентированными по длине элемента, по краям по длине заканчиваются выступом гофры вниз, на торцевых сторонах гофрированных пластин гофрированных элементов по их ширине на краях этих сторон выполнены отверстия для прикрепления торцевых накладок, имеющих по длине по крайней мере два ряда отверстий, совпадающих с шагом расположения отверстий на торцевых сторонах гофрированных пластин, при этом торцевые накладки выполнены в виде плоской металлической планки, размещаемой сверху или снизу стыкуемых гофрированных пластин и закрепляемых на этих пластинах, пропущенным через указанные отверстия высокопрочным болтовым крепежом, или в виде гофрированной полосы с ориентацией гофров, совпадающей с ориентацией гофров гофрированной пластины, гофры которой по длине накладки повторяют гофры пластины по ее ширине, имеющей по крайней мере два ряда отверстий по длине накладки, размещаемой сверху или снизу стыкуемых гофрированных пластин укладкой на гофры пластин и закрепляемых на этих пластинах, пропущенным через указанные отверстия высокопрочным болтовым крепежом, при этом при соединении гофрированных элементов боковыми накладками между собой первые гофрированные элементы располагают между вторыми гофрированными элементами с укладкой концевого участка каждой накладки сверху на крайний выступ гофры гофрированной пластины второго гофрированного элемента для болтового соединения накладки с гофрированной пластиной при присоединении болтовым соединением боковой накладки второго гофрированного элемента снизу к выступу гофра гофрированной пластины первого гофрированного элемента, а каждые два, соединенные между собой торцевыми накладками, гофрированные элемента расположены по длине оградительной конструкции смещенно относительно смежно расположенных других двух, соединенных между собой торцевыми накладками, гофрированных элементов с перекрытием боковыми накладками участка стыка перекрытого торцевыми накладками.

Указанный технический результат достигается также тем, что гофрированный элемент для силовой оградительной конструкции для стен подземного канал представляет собой прямоугольной формы в плане гофрированную пластину с ориентацией гофров по ее длине, у которой по ее краям по длине к выступу гофры, приварены или прикреплены высокопрочным болтовым крепежом боковые накладки в виде по крайней мере одной волны гофры каждая, при этом к выступу гофры пластины накладка прикреплена выступом своей гофры, при этом гофрированная пластина выполнена прямолинейной.

Указанный технический результат достигается также тем, что гофрированный элемент для силовой оградительной конструкции для стен подземного канал представляет собой прямоугольной формы в плане гофрированную пластину с ориентацией гофров по ее длине, у которой по ее краям по длине к выступу гофры, приварены или прикреплены высокопрочным болтовым крепежом боковые накладки в виде по крайней мере одной волны гофры каждая, при этом к выступу гофры пластины накладка прикреплена выступом своей гофры, при этом гофрированная пластина вместе с боковыми накладками выполнена дугообразно изогнутой.

Указанный технический результат достигается также тем, что гофрированный элемент для силовой оградительной конструкции для стен подземного канал представляет собой прямоугольной формы в плане гофрированную пластину с ориентацией гофров по ее длине, у которой по ее краям по длине к выступу гофры, приварены или прикреплены высокопрочным болтовым крепежом боковые накладки в виде по крайней мере одной волны гофры каждая, при этом к выступу гофры пластины накладка прикреплена выступом своей гофры, при этом гофрированная пластина выполнена на одном участке прямолинейной, следующий за которым участок гофрированной пластины вместе с боковыми накладками выполнен дугообразно изогнутым.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

На фиг. 1 представлен элемент конструкции из гофрированной пластины с верхними боковыми накладками в виде одной волны гофры;

фиг. 2 - представлен элемент конструкции из гофрированной пластины с нижними боковыми накладками в виде одной волны гофры;

фиг. 3 - торцевая накладка;

фиг. 4 - поперечное сечение нижней боковой накладки в виде одной волны гофры;

фиг. 5 - поперечное сечение верхней боковой накладки в виде одной волны гофры;

фиг. 6 - пример болтового соединения пластин с накладками;

фиг. 7 - монтажная схема расположения гофрированных элементов при монтаже контура ограждения;

фиг. 8 - сечение соединенных торцевыми накладками гофрированных пластин по пластине между боковыми накладками;

фиг. 9 - сечение соединенных торцевыми накладками гофрированных пластин по этим накладками;

фиг. 10 - пример болтового соединения гофрированных пластин с боковыми накладками и между собой через боковые накладки без сварки;

фиг. 11 - вид в плане сборки кольцевого ограждения из элементов с торцевыми накладками, которые на одном элементе расположены снизу (внутри), а на соседнем элементе - сверху (снаружи):

фиг. 12 - гофрированный элемент прямолинейной формы (вид сбоку);

фиг. 13 - гофрированный элемент с прямолинейным участком, заканчивающимся с одного края дугообразным закруглением (вид сбоку);

фиг. 14 - гофрированный элемент дугообразно изогнутой формы (вид сбоку);

фиг. 15 - ограждение подземного канала замкнутой формы из элементов с прямолинейным участком, заканчивающимся с одного края дугообразным закруглением;

фиг. 16 - ограждение подземного канала П-образной формы;

фиг. 17 - ограждение подземного канала сводчатой формы из дугообразных элементов;

фиг. 18 - ограждение подземного канала замкнутой формы из прямолинейных и дугообразных многорадиусных элементов.

Согласно настоящему изобретению, рассматривается исполнение силовой оградительной конструкции для стен подземного канала, которая используется для формирования контура канала. Полость за контуром, ограниченная внешними элементами силовой конструкции и стенкой подземного канала заполняется в необходимых случаях, бетонной смесью для образования бетонного саркофага.

Силовая оградительная конструкция строится с применением двух типов гофрированных элементов (фиг. 1 и 2) с накладками (фиг. 3-6) для соединения этих элементов в замкнутый или разомкнутый оградительный контур сводчатого типа (фиг. 14-17).

Первые гофрированные пластины 1 (фиг. 1) с гофрами 2 ориентированными по длине пластины, по краям по длине заканчиваются выступом 3 гофры, направленным вниз. К гофру 2 с каждой ее боковой стороны прикреплены боковые накладки 4 (фиг. 4) в виде по крайней мере одной волны гофры каждая, одним краевым выступом 5 гофры приваренной или прикрепленной высокопрочным болтовым крепежом 6 по длине пластины к выступу 7 гофры, расположенной с каждого края этой пластины. Под волной гофры в данном описании понимается участок гофры содержащий три выступа: один обращенный в одну сторону, два других - в противоположную сторону.

Вторые гофрированные пластины 8 (фиг. 2) с гофрами 9, ориентированными по длине пластины, по краям по длине заканчиваются выступом 10 гофры, направленным вверх (фиг. 2). По сути, пластины 1 и 8 по своей конструкции повторяют друг друга, то есть используются один типоразмер по габаритам в плане и по размерам гофров. Пластина 2 применяется в перевернутом на 180° виде по отношению пластине 2. К пластине 9 с каждой ее боковой стороны прикреплены боковые накладки 11 (фиг. 5) в виде одной волны гофры каждая, одним краевым выступом 12 гофры приваренной или прикрепленной высокопрочным болтовым крепежом 6 по длине пластины к выступу 13 гофры, расположенной с каждого края этой пластины.

Таким образом, первая 1 и вторая 8 гофрированные пластины используют один и тот же типоразмер гофра по его параметрам (высота, ширина) и шагу. В готовом изделии пластины выпускаются с боковыми накладками, которые в местах стыковки выступов гофр либо приварены к выступу гофр пластины (фиг.1, 2, 6), либо скреплены по контакту вершин гофр болтовым крепежом 6, как это показано на фиг. 10.

Высокопрочный болтовой крепеж предназначен для обеспечения надежного крепления между деталями конструкций, класс прочности таких изделий составляет 10.9, 12.9 изготавливаются из специальных высокопрочных материалов, таких как легированные стали или титан, что придает им повышенную прочность и устойчивость к нагрузкам. Физико-механические свойства высокопрочных болтов позволяют им выдерживать большие нагрузки по сравнению с обычными болтами. Для примера, разрыв высокопрочных болтов класса прочности 12.9 произойдет при нагрузке в 1200 Н/мм², в то время как разрыв абсолютно аналогичных по типоразмеру болтов класса прочности 4.8 произойдет при 420 Н/мм², при нагрузке меньшей почти в три раза. Благодаря использованию сравнительно меньшего по размеру крепежа с высоким классом прочности удается достигнуть снижения металлоемкости конструкций и изделий. Использование в узлах крепления высокопрочных болтов позволяет сократить количество точек крепления, и, как следствие, снизить затраты на крепежные изделия и частоту их обслуживания. Высокопрочный крепеж больше устойчив к различного рода нагрузкам (вибрации, динамические нагрузки и проч.), кроме того, он хорошо подходит для применения в суровых климатических условиях, и агрессивных средах. Высокопрочные болты позволяют получить фрикционные соединения (сдвигоустойчивые). Обычные болтовые соединения не выдерживают нагрузку на сдвиг, и как правило, происходит смещение соединяемых элементов, высокопрочные болты способны стянуть элементы крепления с большим усилием, которое вызывает между ними трение, в свою очередь, исключающее сдвиг.

При сборке свода ограждения стен подземного канала первая гофрированная пластина 1 располагается между вторыми гофрированными пластинами 8 и выше уровня расположения вторых пластин (фиг. 7). При сборке контура ограждения или его части, как это показано на фиг. 8, направленный вниз выступ полуволны боковой накладки 4 пластины 1 с каждого ее края по ее длине укладывают в контакт с направленным вверх выступом гофры второй пластины, который расположен с краю этой пластины. После этого высокопрочным болтовым крепежом соединяют накладку 4 с гофром второй пластины 8. А накладки 11 второй пластины, которые при такой сборке расположены под первой пластиной 1, направленным выступом полуволны гофры вводят в контакт с направленным вниз выступом крайне расположенной гофры первой пластины. Место контакта скрепляют болтовым крепежом (фиг. 6 и 8).

Для этого на заводе во все отверстия первой гофрированной пластины 1 (в том числе в боковых и торцевых накладках) вставляют болты и прихватывают их точечной сваркой, а в гофрированной пластине 8 вставляют болты и прихватывают их точечной сваркой, только в отверстиях на торцах. В этом случае крепеж осуществляется с внутренней стороны и ускоряется срок строительства.

Ориентированные вдоль длины пластин гофры выполняют функцию продольных ребер жесткости, что позволяет пластинам выдерживать большие нагрузки. А при сводчатом соединении эти гофры в поперечном направлении пластины обладают высокой упругостью, которая сохраняется при прогибах пластины. При нагружении в поперечном направлении под нагрузкой гофры изменяют свою геометрию, что приводит к передаче сдвиговых усилий в области боковых накладок (изгибный момент), которые в данном случае для каждой пластины рассматриваются как заделка. Изменение формы за счет деформации гофров и общей геометрии пластины (сдвиговые изменения в поперечном направлении) приводят к тому, что пластина начинает самоустанавливаться для выравнивания нагрузок. Это приводит к изменению положения концевых частей каждой пластины. Но пластины связаны между собой накладками в виде одной волны гофры каждая. Эта волна гофры в накладках является компенсатором изменения положения концевых частей пластин, который за счет изменения геометрии своего гофра уменьшает срезающие усилия на болты и позволяет пластинам уравновесить внешнюю нагрузку и упругими свойствами материала, из которого пластины выполнены. То есть, появляется возможность повышения несущей способности пластины за счет повышения изгибной прочности пластин. Такая возможность определена тем, что боковые накладки в виде волны гофр одновременно являются заделкой и компенсатором изменения положения концевой части пластины под действием внешней нагрузки.

На каждой торцевой стороне пластины выполнены отверстия для болтового крепежа. Отверстия расположены линейно вдоль торцевого края в выступах гофров или во впадинах гофров и на одинаковом расстоянии от края. Так как продольная жесткость пластин высокая, то отсутствует необходимость в применении компенсаторов изменения формы. Соединение пластин по торцам (фиг. 9) проводится с применением торцевых накладок 14 (фиг. 3). Торцевые накладки 14 могут быть выполнены в виде плоской планки, размещаемой сверху или снизу стыкуемых по торцам гофрированных пластин. Торцевые накладки имеют по длине два ряда отверстий, совпадающих с шагом расположения отверстий на торцевых сторонах гофрированных пластин. При совмещении торцов пластин сверху или снизу стыка располагают пластину и прикрепляют ее к пластинам, пропущенным через указанные отверстия болтовым крепежом (этот пример не показан). Торцевые пластины могут быть выполнены в виде гофрированной полосы с ориентацией гофров, совпадающей с ориентацией гофров гофрированной пластины, гофры которой по длине накладки повторяют гофры пластины по ее ширине. Такие накладки так же имеют два ряда отверстий по длине накладки, размещаемой сверху или снизу стыкуемых гофрированных пластин укладкой в гофры пластин и закрепляемых на этих пластинах пропущенным через указанные отверстия высокопрочным болтовым крепежом.

Полости 15, в области перекрытия первых и вторых гофрированных элементов, образованные между боковыми накладками (4, 11) и гофрированными листами (1, 8), для придания большей жёсткости могут заполняться раствором.

При болтовом бессварочном крепеже боковых накладок 4 или 11 к гофрированной пластине 1 или 8 отверстия выполнены в первых выступах и впадинах волны ее гофр по краям по длине (фиг.10), их количество и шаг определяются расчетом высокопрочных болтов.

На фиг. 11 показан пример организации свода ограждения из гофрированных пластин 1 и 8 с применением боковых и торцевых накладок.

При соединении гофрированных пластин 1 и 8 боковыми накладками 4 и 11 между собой вторые гофрированные пластины 8 располагают между первыми гофрированными пластинами 1 с укладкой концевого участка каждой боковой накладки сверху на крайний выступ гофры первой гофрированной пластины для болтового соединения накладки с первой гофрированной пластиной при присоединении болтовым соединением ее боковой накладки снизу к выступу гофра второй гофрированной пластины. А каждые две соединенные между собой торцевыми накладками гофрированные пластины расположены по длине оградительной конструкции смещенно относительно смежно расположенных других двух соединенных между собой торцевыми накладками гофрированных пластин с перекрытием боковыми накладками участка расположения торцевых накладок, т.е. в месте стыка перекрытого торцевыми накладками. Боковые накладки, включенные в работу высокопрочными болтами на контактирующих поверхностях, образуют пояса повышенной жесткости.

Силовая оградительная конструкция замкнутого или разомкнутого сводчатого типа представлена в вариантах исполнения на фиг. 15-18. На фиг. 15 представлен замкнутый вариант ограждения с закругленными угловыми участками, а на фиг. 16 - пример открытой архитектуры, состоящей из боковых стенок и крыши между ними. Арочного типа варианты представлены на фиг. 17 (в форме полукольца из дугообразных элементов одного радиуса для пропуска, например, 2-х ж.д. путей) и на фиг. 18 - замкнутый контур из прямолинейных и дугообразных многорадиусных элементов, например, для 1 ж.д. пути. Для реализации этих вариантов ограждения используются гофрированные элементы с заранее заданной конфигурацией. По конструктивному алгоритму эти гофрированные элементы совпадают с конструкцией пластины 1 или пластины 8.

На фиг. 12 представлен гофрированный элемент для силовой оградительной конструкции для стен подземного канала, представляющий собой прямоугольной формы в плане гофрированную пластину с ориентацией гофров по ее длине, у которой по ее краям по длине к выступу гофры, приварены или прикреплены высокопрочным болтовым крепежом боковые накладки в виде одной волны гофры каждая, при этом к выступу гофры пластины накладка прикреплена выступом своей гофры, при этом гофрированная пластина выполнена прямолинейной.

На фиг. 13 представлен гофрированный элемент для силовой оградительной конструкции для стен подземного канал, представляющий собой прямоугольной формы в плане гофрированную пластину с ориентацией гофров по ее длине, у которой по ее краям по длине к выступу гофры, приварены или прикреплены высокопрочным болтовым крепежом боковые накладки в виде одной волны гофры каждая, при этом к выступу гофры пластины накладка прикреплена выступом своей гофры, при этом гофрированная пластина выполнена на одном участке прямолинейной, следующий за которым участок гофрированной пластины вместе с боковыми накладками выполнен дугообразно изогнутым (Г-образной формы).

А на фиг. 14 представлен гофрированный элемент для силовой оградительной конструкции для стен подземного канал, представляющий собой прямоугольной формы в плане гофрированную пластину с ориентацией гофров по ее длине, у которой по ее краям по длине к выступу гофры, приварены или прикреплены высокопрочным болтовым крепежом боковые накладки в виде одной волны гофры каждая, при этом к выступу гофры пластины накладка прикреплена выступом своей гофры, при этом гофрированная пластина вместе с боковыми накладками выполнена дугообразно изогнутой.

В настоящее время нашло широкое применение конструкции сборного крепления только из гофрированных листов (уровень техники), сборка которых в ограждение производится наложением одного листа на другой в продольном направлении одного звена и также на 2 звене со смещением на 2-4 отверстия с подсовыванием листов в поперечном направлении, что приводит к появлению стыка из 3-х листов и установкой в совмещенные отверстия временных шпилек и последующим закреплением на болтах. При таком соединении в собранной конструкции часть площади металла «нахлеста» не работает, является «лишней». Процент площади «лишнего» металла (нахлеста) на примере листа 150х50х7 мм составляет 24%.

В таблице 1 представлен расчет лишней площади (F) металла (нахлеста) в F гофрированных листов: использованы заводские размеры от осей отверстий до кромок листа и геометрические характеристики гофрированных листов.

Таблица 1

Расчет лишней площади (F) металла (нахлеста) в F гофрированных листов Гофр - завод по ширине по длине F ширина F длина сумма F F Листа % лишний мм мм см²/м см²/м см²/м см²/м 164х57 х7мм - Пушкин 140 100 12,502 8,93 21,432 89,3 24 152,4х50,8х7 мм - Селятино 130 100 11,336 8,72 20,056 87,2 23 200х55 х7мм - Селятино 130 100 10,781 8,293 19,074 82,93 23 150х50х7 мм - Алексин 140 100 12,390 8,850 21,240 88,50 24

Гофрированный элемент имеет сечение для расчета состоящее из гофрированного листа с приваренными сверху по концам гофрированными накладками из одной волны гофра. Это сечение имеет 2 типа: первый и второй, отличающихся расположением накладок сверху или снизу и ориентацией гофр зеркально (на 180 градусов).

В таблице 2 представлен расчет геометрических характеристик элемента на примере гофра 150х50 мм с толщинами листа и накладок от 3 мм до 7 мм, проведен относительно нейтральной оси по формуле:

Jэ = (Jл+Fл*1,15^2) + ( Jг+Fг*3,85^2)*2,

где: 1,15 см и 3,85 см - расстояние от осей листа и накладок до нейтральной оси, которая определена по формулам сопромата и равна 3,65 см;

Wэ = Jэ*/(3,85+2,5);

Jэ - момент инерции элемента;

Jл - момент инерции гофрированного листа;

Wэв и Wэн - момент сопротивления для верхних и нижних волокон элемента;

Wл - момент сопротивления листа;

Fэ - площадь элемента;

Fл - площадь листа;

Fг - площадь волны гофра;

Н - высота волны гофра;

в - длина волны гофра;

н.о. - положение нейтральной оси элемента.

В таблице 2 выполнен расчет сравнения геометрических характеристик пластин с гофрированными листами 150х50 мм и толщиной от 3 мм до 7 мм (по программе Excel).

Таблица 2

Сравнение листа гофра 150х50 мм с гофрированным элементом накладки лист гофрированный элемент н.о в Н Fн Jн Fл мм Jл Jэ Wэн Wэв Jэ/
Jл Wэ/
Wл Wл Fэ Fэ/Fл 3,65 15 5 5,7 17,7 37,7 3 118 353 97 55 3,0 1,16 47,2 49,0 1,30 3,65 15 5 7,6 23,7 50,4 4 158 472 129 73 3,0 1,16 63,2 65,5 1,30 3,65 15 5 9,5 29,9 63 5 199 592 162 92 3,0 1,15 79,6 81,9 1,30 3,65 15 5 11,4 36,3 75,7 6 242 715 196 111 3,0 1,15 96,8 98,4 1,30 3,65 15 5 13,3 42,8 88,5 7 285 838 229 130 2,9 1,14 114 115,1 1,30

Гофрированные элементы копируют эпюру моментов, когда в арочных конструкциях максимальный момент по растяжению верхних волокон плавно переходит к максимальному моменту по растяжению нижних волокон, так же элемент 1 имеет максимум Wэ с верхней стороны, а зеркальный элемент 8 имеет максимум Wэ с нижней стороны. Таким образом элементы можно «привязать» к эпюре моментов.

Из таблиц 1 и 2 видно, что рабочая площадь гофрированных элементов больше рабочей площади гофрированного листа с «нахлестом» на 30%, а площадь «нахлеста» по ширинке 14 %, получим увеличение всего на 16%, а по длине 10% равны площади торцевой накладки.

Кроме того, длина элемента увеличилась на 100 мм (10%), а ширина на 140 мм (14%), следовательно, на оградительное кольцо из гофрированных элементов потребуется на 24% меньше металла, чем на кольцо такого же размера из гофрированного листа с укороченными «нахлестом» стыками. Таким образом, гофрированный элемент экономит 8% стоимости металла.

Из таблицы видно, что листы имеют предел по моменту инерции и моменту сопротивления, т.е. по прогибу и нагрузке при определении расчетного пролета. Обычно определяющим является допускаемый прогиб. У гофрированных элементов несущая способность Wэ/Wл увеличилась на 15%, а жесткость Jэ/Jл в 3 раза.

У гофрированных элементов можно увеличить толщины накладок на 1 мм или более по отношению к толщине гофрированных листов и это дает еще большие преимущества роста геометрических характеристик (см. таблицу 3).

У гофрированных элементов в строке 1 лист 3 мм, а накладка 4 мм, несущая способность Wэ/Wл увеличилась на 37%, а жесткость Jэ/Jл в 3,5 раза, а в строке 2 лист 4 мм, а накладка 6 мм, несущая способность Wэ/Wл увеличилась на 47%, а жесткость Jэ/Jл в 3,8 раза.

Таблица 3

Увеличим толщину накладок на 1мм по сравнении с листом накладки лист элемент мм в Н Fн Jн Fл мм Jл Jэ Wэн Wэв Jэ/Jл Wэ/Wл Wл Fэ Fэ/Fл 4 15 5 7,6 23,7 37,7 3 118 416 114 64 3,5 1,37 47,2 52,82 1,40 6 15 5 11,4 36,3 50,4 4 158 598 164 93 3,8 1,47 63,2 73,11 1,45 7 15 5 13,3 42,8 63 5 199 719 197 111 3,6 1,40 79,6 89,55 1,42

Настоящее изобретение промышленно применимо и позволяет повысить несущую способность за счет сохранения формы из-за того, что накладки выполнены с реализацией функции компенсаторов изменения положения концевых частей гофрированных пластин. Пластины (1, 8), боковые (4, 11) и торцевые накладки 14 (в одном из вариантов исполнения) изготавливают из гофрированного металлического листа. Металлический гофрированный лист на валках изгибается по радиусу, после чего к нему приваривают или прикрепляют боковые накладки с отверстиями. Гофрированные листы имеют ширину, длину и амплитуду гофра в зависимости от завода производителя. Вес гофрированных элементов зависит от толщины и размеров применяемых листов и колеблется от 30 до 150 кг. Пластины и накладки в заводских условиях проходят процесс горячего цинкования.

За счет использования гофрированных элементов, образующих пояса повышенной изгибной жесткости, применения листов без «нахлеста», конструктивного усиления соединения в два ряда высокопрочными болтами на контактирующих поверхностях удается увеличить несущую способность конструкции при уменьшении ее веса. Количество отверстий в гофрированных листах и шаг определяется расчетом высокопрочных болтов.

Из пластин 1 и 8 в вариантах различной архитектуры можно собирать следующие конструкции: водопропускные трубы, путепроводы автодорожные и железнодорожные, железнодорожные тоннели под один и два пути, автодорожные тоннели под 1 или 2 полосы движения, закрытые галереи, пешеходные тоннели, коллекторов, тоннели метрополитена, гидротехнические тоннели, короба подпорных стен и берегоукрепительных сооружений с заполнение камнем или бетоном.

Изобретение относится к строительным конструкциям. Силовая оградительная конструкция для стен подземного канала содержит гофрированные элементы, стыкуемые между собой с применением накладок. Каждый гофрированный элемент представляет собой прямоугольной формы в плане гофрированную пластину с ориентацией гофр по ее длине, у которой по ее краям по длине к выступу гофры приварены или прикреплены высокопрочным болтовым крепежом боковые накладки в виде по крайней мере одной волны гофры каждая. К выступу гофры пластины накладка прикреплена выступом своей гофры. Первые гофрированные элементы с гофрами, ориентированными по длине элемента, по краям по длине заканчиваются выступом гофры вверх. Вторые гофрированные элементы, с гофрами, ориентированными по длине элемента, по краям по длине заканчиваются выступом гофры вниз. На торцевых сторонах гофрированных пластин гофрированных элементов по их ширине на краях этих сторон выполнены отверстия для прикрепления торцевых накладок, имеющих по длине по крайней мере два ряда отверстий, совпадающих с шагом расположения отверстий на торцевых сторонах гофрированных пластин. Торцевые накладки выполнены в виде плоской металлической планки, размещаемой сверху или снизу стыкуемых гофрированных пластин и закрепляемых на этих пластинах пропущенным через указанные отверстия высокопрочным болтовым крепежом, или в виде гофрированной полосы с ориентацией гофр, совпадающей с ориентацией гофр гофрированной пластины, гофры которой по длине накладки повторяют гофры пластины по ее ширине, имеющей по крайней мере два ряда отверстий по длине накладки, размещаемой сверху или снизу стыкуемых гофрированных пластин укладкой на гофры пластин и закрепляемых на этих пластинах пропущенным через указанные отверстия высокопрочным болтовым крепежом. При соединении гофрированных элементов боковыми накладками между собой первые гофрированные элементы располагают между вторыми гофрированными элементами с укладкой концевого участка каждой накладки сверху на крайний выступ гофры гофрированной пластины второго гофрированного элемента для болтового соединения накладки с гофрированной пластиной при присоединении болтовым соединением боковой накладки второго гофрированного элемента снизу к выступу гофры гофрированной пластины первого гофрированного элемента, а каждые два соединенные между собой торцевыми накладками гофрированные элемента расположены по длине оградительной конструкции смещенно относительно смежно расположенных других двух соединенных между собой торцевыми накладками гофрированных элементов с перекрытием боковыми накладками участка стыка перекрытого торцевыми накладками. Техническим результатом является увеличение несущей способности силовой оградительной конструкции. 4 н.п. ф-лы, 18 ил., 3 табл.

1. Силовая оградительная конструкция для стен подземного канала, содержащая гофрированные элементы, стыкуемые между собой с применением накладок, отличающаяся тем, что каждый гофрированный элемент представляет собой прямоугольной формы в плане гофрированную пластину с ориентацией гофр по ее длине, у которой по ее краям по длине к выступу гофры приварены или прикреплены высокопрочным болтовым крепежом боковые накладки в виде по крайней мере одной волны гофры каждая, при этом к выступу гофры пластины накладка прикреплена выступом своей гофры, при этом первые гофрированные элементы с гофрами, ориентированными по длине элемента, по краям по длине заканчиваются выступом гофры вверх, вторые гофрированные элементы, с гофрами, ориентированными по длине элемента, по краям по длине заканчиваются выступом гофры вниз, на торцевых сторонах гофрированных пластин гофрированных элементов по их ширине на краях этих сторон выполнены отверстия для прикрепления торцевых накладок, имеющих по длине по крайней мере два ряда отверстий, совпадающих с шагом расположения отверстий на торцевых сторонах гофрированных пластин, при этом торцевые накладки выполнены в виде плоской металлической планки, размещаемой сверху или снизу стыкуемых гофрированных пластин и закрепляемых на этих пластинах пропущенным через указанные отверстия высокопрочным болтовым крепежом, или в виде гофрированной полосы с ориентацией гофр, совпадающей с ориентацией гофр гофрированной пластины, гофры которой по длине накладки повторяют гофры пластины по ее ширине, имеющей по крайней мере два ряда отверстий по длине накладки, размещаемой сверху или снизу стыкуемых гофрированных пластин укладкой на гофры пластин и закрепляемых на этих пластинах пропущенным через указанные отверстия высокопрочным болтовым крепежом, при этом при соединении гофрированных элементов боковыми накладками между собой первые гофрированные элементы располагают между вторыми гофрированными элементами с укладкой концевого участка каждой накладки сверху на крайний выступ гофры гофрированной пластины второго гофрированного элемента для болтового соединения накладки с гофрированной пластиной при присоединении болтовым соединением боковой накладки второго гофрированного элемента снизу к выступу гофры гофрированной пластины первого гофрированного элемента, а каждые два соединенные между собой торцевыми накладками гофрированные элемента расположены по длине оградительной конструкции смещенно относительно смежно расположенных других двух соединенных между собой торцевыми накладками гофрированных элементов с перекрытием боковыми накладками участка стыка, перекрытого торцевыми накладками.

2. Гофрированный элемент для силовой оградительной конструкции для стен подземного канал, представляющий собой прямоугольной формы в плане гофрированную пластину с ориентацией гофр по ее длине, у которой по ее краям по длине к выступу гофры приварены или прикреплены высокопрочным болтовым крепежом боковые накладки в виде по крайней мере одной волны гофры каждая, при этом к выступу гофры пластины накладка прикреплена выступом своей гофры, при этом гофрированная пластина выполнена прямолинейной формы.

3. Гофрированный элемент для силовой оградительной конструкции для стен подземного канал, представляющий собой прямоугольной формы в плане гофрированную пластину с ориентацией гофр по ее длине, у которой по ее краям по длине к выступу гофры приварены или прикреплены высокопрочным болтовым крепежом боковые накладки в виде по крайней мере одной волны гофры каждая, при этом к выступу гофры пластины накладка прикреплена выступом своей гофры, при этом гофрированная пластина вместе с боковыми накладками выполнена дугообразно изогнутой формы.

4. Гофрированный элемент для силовой оградительной конструкции для стен подземного канал, представляющий собой прямоугольной формы в плане гофрированную пластину с ориентацией гофр по ее длине, у которой по ее краям по длине к выступу гофры приварены или прикреплены высокопрочным болтовым крепежом боковые накладки в виде по крайней мере одной волны гофры каждая, при этом к выступу гофры пластины накладка прикреплена выступом своей гофры, при этом гофрированная пластина выполнена на одном участке прямолинейной, следующий за которым участок гофрированной пластины вместе с боковыми накладками выполнен дугообразно изогнутым.