Результат интеллектуальной деятельности: Транспортное сооружение

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительным конструкциям типа балки.

Известна железобетонная балка, включающая корпус с параллельными верхним и нижним поясами, продольную и поперечную арматуру (SU 1548309 А1, опубл. 07.03.1990).

Известен арматурный каркас железобетонной балки, включающий параллельно расположенную продольную арматуру верхнего и нижнего поясов, поперечную арматуру и опорные пластины с анкерными стержнями. Продольная верхняя и нижняя арматуры выполнены параллельными между собой (SU 1783091 А1, опубл. 23.12.1992).

К недостаткам известных конструкций относятся неполная корреляция конфигурации поперечного сечения с расчетными сочетаниями постоянных и переменных, динамических нагрузок, характером и распределением усилий по длине пролета, что вызывает недоиспользование несущей способности конструкции на отдельных участках ее длины, а, следовательно, создает неоправданный перерасход материалов при уменьшенной несущей способности балки. Кроме того, балка с постоянным поперечным сечением в пролете при использовании в проезжей части мостов, эстакад, путепроводов имеет недостаточно высокий диапазон частот собственных колебаний до опасного уровня, связанного с вхождением в резонанс и риском возможного преждевременного разрушения балки при ритмичных динамических нагрузках.

Задачей изобретения является разработка транспортного сооружения с пролетной строительной конструкцией типа балки с повышенной несущей способностью на восприятие различных сочетаний постоянных и переменных динамических нагрузок и с расширенным диапазоном собственных колебаний без вхождения в резонанс на расчетные сочетания указанных нагрузок при снижении расхода материалов и повышении долговечности конструкции.

Поставленная задача решается тем, что транспортное сооружение согласно изобретению выполнено в качестве единого технического решения транспортного строительного объекта, включающего выполненные на основании монолитный или блочный фундамент, свайный с ростверком фундамент или их сочетания, а также пролетную, пролетные несущие конструкции в виде балок и плит и/или сборно-монолитной проезжей части типа балки-плиты с верхним и нижним поясами и стенками, при этом транспортный строительный объект выполнен с объемно-конструктивной композицией, отвечающей требованиям к инженерному сооружению типа пешеходного, вело-, мото-, автотранспортного, железнодорожного или комбинированного с варьируемыми сочетаниями перечисленных выше функциональных и конструктивных элементов указанного единого технического решения транспортного объекта, вариантно архитектурно-конструктивно решенного в виде моста, путепровода, эстакады, акведука с элементами каркаса балочно-стоечной несущей конструкции, включающего М пролетов, где М - целое положительное число, М≥1, кроме того, указанные вариантные составляющие единого технического решения объекта приняты допускающими различную конфигурацию, ярусность с числом ярусов N≥1, где N - целое положительное число, и различную протяженность в плане и по высоте, и включают, по меньшей мере, одну объемно-конструктивную часть указанного объекта в составе не менее одного пролета, пространственного блока, секции, удельного объемно-конструктивного элемента транспортного объекта и выполнен в качестве строительного объекта, включающего различные сочетания конструктивно, коммуникационно и функционально объединяющие любые из перечисленных вариантных элементов технического решения объекта, в каждом из которых представленного в виде единого или объединенного транспортного сооружения, при этом указанный транспортный строительный объект содержит, по меньшей мере, одну пролетную несущую плоскую или объемно-конструктивную ячейку, которая выполнена каркасной, включающей соответственно не менее одной пары закрепленных в ростверке колонн, свай и/или свай-колонн в составе плоской ячейки и/или не менее двух пар указанных несущих конструкций, образующих, по меньшей мере, одну пронстранственную ячейку каркаса, пролет каждой пары из которых перекрыт балкой, имеющей корпус с продольной осью, включающий стенку, верхний и нижний пояса, опорные участки и пролет длиной L с переменной конфигурацией поперечного сечения по длине и с возрастанием высоты сечения, по меньшей мере, на большей части указанной длины конструкции, при этом нижний пояс выполнен выпукло криволинейным в условной вертикальной продольной плоскости симметрии конструкции с выпуклостью, обращенной вниз, и имеющим кривизну, описанную радиусом R с центром, расположенным над верхним поясом конструкции на расстоянии, превышающем длину пролета и удовлетворяющем условию R/L=(5÷15), а поперечное сечение балки вариантно выполнено в виде прямоугольника, сплошной или корытообразной трапеции, Т-образным, в виде двойного Т, П-образным, в виде ребристой балки-плиты с числом N_б пролетных стенок (N_б≥2), имеющих переменную высоту по длине пролета балки, удовлетворяющей упомянутому условию отношения R/L для всех указанных вариантов конструктивного решения, формы и количества стенок балки, балки-плиты, а также плоской и/или пространственной ячейки каркаса здания, сооружения, включающей соответственно не менее чем одну пару, либо не менее чем две пары колонн, линейный пролет либо перекрестные пролеты между которыми перекрыты балкой, балками не менее чем одной из указанных форм и конструктивного выполнения или перекрестным сочетанием указанных и/или известных балок и указанных балок-плит.

При этом по меньшей мере одна имеющая криволинейный нижний пояс балка плоской пролетной каркасной ячейки и/или балка-плита пространственной пролетной каркасной ячейки архитектурно-конструктивной композиции транспортного строительного объекта может быть выполнена из композитного материала типа железобетона с силовым армированием, включающем стержневую рабочую арматуру.

По меньшей мере, одна имеющая криволинейный нижний пояс балка плоской пролетной каркасной ячейки и/или балка-плита пространственной пролетной каркасной ячейки архитектурно-конструктивной композиции транспортного строительного объекта может иметь опорные и примыкающие к ним приконцевые части конструкции общей длиной L_пк, каждый, выполнены удовлетворяющими условию

L_пк<1/10L

и усилены дополнительным распределительным армированием в виде пространственных каркасов, плоских сеток и/или снабжены дисперсным армированием с процентным отношением не менее 0,02 от массы композитного материала.

По меньшей мере, одна имеющая криволинейный нижний пояс балка плоской пролетной каркасной ячейки и/или балка-плита пространственной пролетной каркасной ячейки архитектурно-конструктивной композиции транспортного строительного объекта может быть выполнена однопролетной, с шарнирным опиранием по концам пролета.

Технический результат, достигаемый приведенной совокупностью признаков, заключается в разработке транспортного строительного объекта, который содержит пролетную несущую плоскую или объемно-конструктивную ячейку. Пролетная строительная конструкция выполнена типа балки, наделенной повышенной несущей способностью и расширенным диапазоном собственных колебаний без вхождения в резонанс на расчетные сочетания указанных нагрузок при снижении расхода материалов и повышении долговечности конструкции. Указанный положительный эффект достигнут за счет того, что нижний пояс балки выполнен криволинейным в вертикальной продольной плоскости конструкции с обращенной вниз выпуклостью и радиусом R кривизны с центром, расположенным над верхним поясом конструкции на расстоянии, превышающем длину пролета и удовлетворяющем заявленному условию.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена пролетная балка, вид сбоку.

Транспортное сооружение выполнено в качестве единого технического решения транспортного строительного объекта, включающего выполненные на основании монолитный или блочный фундамент, свайный с ростверком фундаменты или их сочетания, а также пролетную, пролетные несущие конструкции в виде балок и плит, и/или сборно-монолитной проезжей части типа балки-плиты с верхним и нижним поясами и стенками. Транспортный строительный объект выполнен с объемно-конструктивной композицией, отвечающей требованиям к инженерному сооружению типа пешеходного, вело-, мото-, автотранспортного, железнодорожного или комбинированного с варьируемыми сочетаниями перечисленных выше функциональных и конструктивных элементов указанного единого технического решения транспортного объекта, вариантно архитектурно-конструктивно решенного в виде моста, путепровода, эстакады, акведука с элементами каркаса балочно-стоечной несущей конструкции, включающего М пролетов, где М - целое положительное число, М≥1. Указанные вариантные составляющие единого технического решения объекта приняты допускающими различную конфигурацию, ярусность с числом ярусов N≥1, где N - целое положительное число, и различную протяженность в плане и по высоте, и включают, по меньшей мере, одну объемно-конструктивную часть указанного объекта в составе не менее одного пролета, пространственного блока, секции, удельного объемно-конструктивного элемента транспортного объекта. Транспортное сооружение выполнено в качестве строительного объекта, включающего различные сочетания конструктивно, коммуникационно и функционально объединяющие любые из перечисленных вариантных элементов технического решения объекта, в каждом из которых представленного в виде единого или объединенного транспортного сооружения.

Транспортный строительный объект содержит, по меньшей мере, одну пролетную несущую плоскую или объемно-конструктивную ячейку, которая выполнена каркасной. Конструктивная каркасная ячейка включает соответственно не менее одной пары закрепленных в ростверке колонн, свай и/или свай-колонн в составе плоской ячейки и/или не менее двух пар указанных несущих конструкций, образующих, по меньшей мере, одну пространственную ячейку каркаса. Пролет каждой пары колонн перекрыт балкой. Балка имеет корпус 1 с продольной осью. Корпус 1 включает стенку 2, верхний и нижний пояса 3 и 4 соответственно, опорные участки 5 и пролет 6. Пролет 6 выполнен длиной L с переменной конфигурацией поперечного сечения по длине и с возрастанием высоты сечения по длине балки, по меньшей мере, на большей части указанной длины конструкции. Нижний пояс 4 выполнен выпукло криволинейным в условной вертикальной продольной плоскости симметрии конструкции с выпуклостью, обращенной вниз, и имеющим кривизну, описанную радиусом R окружности с центром, расположенным над верхним поясом 3 конструкции на расстоянии, превышающем длину пролета 6 и удовлетворяющем условию R/L=(5÷15).

Поперечное сечение балки вариантно выполнено в виде прямоугольника, сплошной или корытообразной трапеции, Т-образным, в виде двойного Т, П-образным, в виде ребристой балки-плиты с числом N_б пролетных стенок (N_б≥2), имеющих переменную высоту по длине пролета балки, удовлетворяющей упомянутому условию отношения R/L для всех указанных вариантов конструктивного решения, формы и количества стенок балки, балки-плиты, а также плоской и/или пространственной ячейки каркаса здания, сооружения, включающей соответственно не менее чем одну пару, либо не менее чем две пары колонн, свай-колонн, линейный пролет либо перекрестные пролеты, между которыми перекрыты балкой, балками не менее чем одной из указанных форм и конструктивного выполнения или перекрестным сочетанием указанных и/или известных балок и указанных балок-плит.

Строительная конструкция выполнена из композитного материала типа железобетона с силовым армированием, включающем стержневую рабочую арматуру (на чертежах не показано).

По меньшей мере, одна имеющая криволинейный нижний пояс балка плоской пролетной каркасной ячейки и/или балка-плита пространственной пролетной каркасной ячейки архитектурно-конструктивной композиции транспортного строительного объекта выполнена из композитного материала типа железобетона с силовым армированием, включающем стержневую рабочую арматуру (на чертежах не показано).

По меньшей мере, одна имеющая криволинейный нижний пояс балка плоской пролетной каркасной ячейки и/или балка-плита пространственной пролетной каркасной ячейки архитектурно-конструктивной композиции транспортного строительного объекта имеет опорные участки 5 и примыкающие к ним приконцевые части 7 конструкции общей длиной L_пк, каждый, выполнены удовлетворяющими условию L_пк<1/10L и усилены дополнительным распределительным армированием в виде пространственных каркасов, плоских сеток и/или снабжены дисперсным армированием с процентным отношением не менее 0,02 от массы композитного материала.

По меньшей мере, одна имеющая криволинейный нижний пояс балка плоской пролетной каркасной ячейки и/или балка-плита пространственной пролетной каркасной ячейки архитектурно-конструктивной композиции транспортного строительного объекта выполнена однопролетной с шарнирным опиранием по концам пролета 6. По меньшей мере, на одной опоре выполнен шарнир 8 вращения, а на другой шарнир 9 скольжения.

Пример реализации пролетной балки.

Балка выполнена из железобетона пролетом L=12 м радиусом кривизны нижнего пояса 4 R=60 м, отношение R/L=5. Поперечное сечение в опорной части конструкции принято 0,3×0,3 м. Поперечное сечение в пролете принято переменным. Нижний пояс очерчен радиусом R=180 м (R/L=15). Максимальная высота балки в пролете равна h=0,4 м для сечения 0,3×0,3 м при распределенной нагрузке q=0,4 т/пм.

Максимальные расчетные напряжения в пролете составляют:

1. В балке с приопорным сечением (0,3×0,3) м и радиусах кривизны нижнего пояса балки:

2. В балке с приопорным сечением (0,4×0,3) м R=60 м:

3. В балке с приопорным сечением (0,6×0,3) м

Резюме:

1. На балках R/L=12 сечением (0,3×0,3) м при переменном сечении в пролете:

R=180 м нагрузку можно увеличить до 2 раз;

R=60 м нагрузку можно увеличить до 7 раз.

2. Резонансные частоты для всех видов динамических нагрузок проявляться не будут.

3. Экономия материалов вследствие приведения пролетной конфигурации балки в корреляционное соответствие с нагрузками и напряжениями в балке составляет ~(12÷20)%.

Указанное переменное сечение высоты балки снижает общий расход материала и диапазон резонансных частот собственных колебаний, которые будут выходить за пределы реально возможного возникновения резонансных частот колебаний, что предотвращает возможность разрушения балки от резонансных колебаний для реально возможных сочетаний динамических и статических нагрузок на балку в транспортном сооружении, сооружениях с ездой поверху.

Примеры реализации транспортного сооружения.

Пример 1. Транспортное сооружение типа продольной эстакады радиальной вылетной многополосной автомобильной магистрали, включающей участок проезжей части, выполненной на стоечно-балочных несущих каркасных опорах с плоскими или пространственными ячейками каркаса, в том числе с вариантной возможностью выделения участка стеновыми ограждениями и образованием под вынесенной на эстакаду проезжей частью сооружения, промышленных транспортных, например авторемонтных или складских помещений, или автостоянок, как широко известный прием в строительстве транспортных сооружений в мегаполисах и других городах. Указанный известный технический прием может быть при возведении новых транспортных сооружений наилучшим образом трансформирован в техническое решение, в котором отдельные участки проезжей части эстакады оперты на каркас, содержащий плоские или пространственные ячейки стоечно-балочной системы по изобретению с получением технического результата, указанного в первичных материалах заявки, без внесения каких-либо изменений в первоначальное содержание формулы изобретения.

Пример 2. Крытая весовая на въездных или выездных путях металлургического комбината, включающая открытое с торцов для подъездных путей тяжелой техники (автомобильного или железнодорожного транспорта) для взвешивания перевозимых грузов (сырья, полуфабрикатов или готовой продукции) полуоткрытое помещение с продольными стенами и покрытием, опертым на стоечно-балочный каркас, который может быть выполнен с плоскими или пространственными ячейками по предлагаемому в изобретении конструктивному решению.

Пример 3. Крытый ангар для ремонта надводных катеров и судов морского или речного порта, судостроительного или судоремонтного предприятия (верфи) с въездными путями и эстакадой (эстакадами) оптимально может быть выполнен с применением каркаса по изобретению.

Пример 4. Крытый цех железнодорожного депо с подъездными и выездными путями для локомотивов и вагонов, конструктивно выполненный с несущим каркасом с применением плоских и/или пространственных стоечно-балочных ячеек и плит покрытий по изобретению.

Пример 5. То же, крытый ангар аэродрома, включающий подъездные и внутриангарные пути и выполненный с каркасом стоечно-балочного типа и плитами покрытия по изобретению.

Пример 6. То же, технический комплекс космодрома, включающий совокупность монтажно-испытательных цехов, образующих разветвленный промышленно-транспортный комплекс, по меньшей мере, один из цехов или участков цеха которого выполнен с применением каркаса стоечно-балочной системы и/или несущих плит покрытий по изобретению.