Результат интеллектуальной деятельности: МОСТОВАЯ ОПОРА

Изобретение относится к мостостроению, в частности к защите опор мостов, сооружаемых на реках с ледоходом и переменным уровнем водного потока, преимущественно в районах с суровыми климатическими условиями.

Известна свайная опора, включающая стойку, нижний конец которой заглублен в донный грунт, объемлющую стойку защитную оболочку, высота которой превышает толщину образующегося в акватории слоя льда, выполненную в виде полого гофрированного открытого по торцам усеченного конуса, обращенного большим основанием вниз, и установленные по наружной поверхности опоры направляющие и подкосы (А.с. СССР 1150308, кл. E 02 D, опубл. 15.04.85, БИ 14).

Недостаток этой опоры заключается в том, что конструкция ее не позволяет создать более мягкий микроклимат под защитной оболочкой и тем самым внутри ее будет формироваться лед такой же толщины, что и в реке, и, кроме того, она не может быть использована на реках с сильным течением и тяжелым ледоходом.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является мостовая опора с монолитной плитой высокого свайного ростверка, с льдозащитной оболочкой, представляющей собой сборную из блоков железобетонную вертикальную стенку, укрепленную верхней гранью по контуру в монолитной плите ростверка с элементами крепления блоков защитной стенки между собой (Экспресс-информация "Путь и строительство железных дорог". М., ВИНИТИ, 1974 г., 22, с.28-30 - прототип).

Недостаток конструкции такой опоры состоит в том, что она не позволяет уменьшить толщину льда в полости льдозащитной оболочки, создать там более мягкий микроклимат и тем самым уменьшить давление льда изнутри на стенки оболочки.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности и долговечности моста путем уменьшения внутреннего льдообразования в опоре.

Для получения такого технического результата в предлагаемой мостовой опоре, включающей расположенные в переменном уровне воды и ледохода куст свай с высоким ростверком и объемлющую их льдозащитную оболочку, повторяющую по внешней форме плиту ростверка, сваи размещены в плане по единой замкнутой линии, образующей очертание внутренней полости, а льдозащитная оболочка выполнена переменной высоты, плавно или ступенчато увеличивающейся по направлению течения реки таким образом, что высота нижней кромки кормовой (низовой) части больше высоты нижней кромки носовой (верховой) части оболочки на величину 0,25-0,5 наибольшего ее диаметра, причем льдозащитная оболочка совмещена со сваями таким образом, что ее внутренняя вертикальная поверхность заходит внутрь полости между сваями не менее чем на 1/4 и не более чем на 1/3 диаметра свай.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена предлагаемая опора, общий вид (разрез А-А на фиг.2); на фиг.2 - разрез Б-Б на фиг.1.

Мостовая опора включает куст свай 1, объединяющую головы свай плиту 2 ростверка и объемлющую их льдозащитную оболочку 3. Льдозащитная оболочка 3 по внешней форме соответствует форме плиты 2 ростверка. Сваи 1 расположены в плане по единой замкнутой линии, образующей внутреннюю полость 4. Льдозащитная оболочка 3 выполнена переменной высоты, увеличивающейся по направлению течения реки. Высота нижней кромки кормовой (низовой) части больше высоты нижней кромки носовой (верховой) части оболочки на величину, составляющую 0,25-0,5 наибольшего ее диаметра. Льдозащитная оболочка совмещена со сваями таким образом, что ее внутренняя вертикальная поверхность 5 заходит внутрь полости 4 между двумя соседними сваями 1 не менее чем на 1/4 и не более чем на 1/3 диаметра сваи.

Мостовая опора работает следующим образом. Плита 2 ростверка объединяет куст свай 1 и через тело опоры передает на них нагрузку от пролетных строений моста. В свою очередь сваи 1 передают нагрузку на грунты основания. Во время ледохода появляется горизонтальная нагрузка от навала ледяных полей и ударов плывущих льдин. Для восприятия местного истирающего действия льда и для более рациональной передачи его горизонтального давления на куст свай устроена льдозащитная оболочка 3. Однако устройство льдозащитной оболочки привело к созданию технического противоречия: с одной стороны, она нужна для восприятия ледохода, с другой, она вредна, потому что образующийся зимой лед внутри оболочки в период оттепелей и в весенний период при колебаниях уровня воды резко меняет свою температуру, что приводит к его температурному расширению и формированию давления изнутри на льдозащитную оболочку и, как следствие, к возможному постепенному ее повреждению и разрушению. В предлагаемом техническом решении приняты меры для снижения размеров льдообразования внутри оболочки или даже для его полной ликвидации. Во-первых, тело льдозащитной оболочки совмещено со сваями (столбами). Этим достигается двойной эффект: во-первых, ликвидируется полость между сваей и оболочкой (как это имеет место в прототипе), которая при заполнении водой легко перемерзает (в связи с малыми ее размерами), и, во-вторых, уменьшается термическое сопротивление при передаче холода внутрь оболочки. Однако при совмещении тела льдозащитной оболочки с телом сваи появился побочный отрицательный эффект: увеличилось суммарное поперечное сечение бетона, поэтому созданы более благоприятные условия для подтока холода вниз (т.е. в вертикальном направлении по телу льдозащитной оболочки). Поэтому для компенсации этого отрицательного влияния высота льдозащитной оболочки увеличена для соединения ее с более глубинными слоями воды, откуда по бетону предполагается более усиленный подток тепла. Однако при увеличении высоты оболочки повышаются затраты материала, что может свести на нет выигрыш от снижения давления льда. Поэтому был сделан третий шаг: увеличение высоты оболочки сделано только в ее кормовой части (по отношению к течению) и убраны ребра и балки, имеющиеся в прототипе. Ликвидация ребер и балок, которые в прототипе обеспечивали дополнительную жесткость льдозащитной оболочке стала возможной, в свою очередь, в связи с объединением тела оболочки со сваями, что увеличивает жесткость системы. Ликвидация ребер и балок обеспечила единую полость внутри оболочки. При этом течение, ударяясь об увеличенную кормовую часть, частично направляется вверх, неся вверх более теплые нижние слои воды (в зимний период). Далее эта вода циркулирует внутри единой полости, повышая температуру в пределах всех стенок льдозащитной оболочки, уменьшая льдообразование и снижая температурные перепады в слое льда, если он все же образовался.

Таким образом, все элементы предлагаемой конструкции взаимосвязаны, представляют единое техническое решение, в котором суммарный эффект от применения всех элементов выше суммы отдельных эффектов.

Предлагаемая мостовая опора для большинства рек позволяет уменьшить или даже полностью исключить опасное для конструкции внутреннее льдообразование, повышая тем самым долговечность моста и его эксплуатационную надежность.