Результат интеллектуальной деятельности: Пролетное строение с многораскосными фермами из конструкционных стеклокомпозитов с ортотропной плитой проезжей части

Изобретение относится к мостостроению и может быть использовано при сооружении мостов с пролетными строениями из конструкционных стеклокомпозитов.

Известна конструкция пролетного строения с применением полимерных композиционных материалов [Патент РФ на изобретение №2464374, Пролетное строение моста с многораскосными главными фермами / Б.В. Пыринов // Москва, опубл. 20.10.2012], содержащая хотя бы две многораскосные главные фермы с крестовой решеткой, все элементы которых и поперечные связи выполнены из композитных материалов, а несущие конструкции мостового полотна дополнительно опираются на поперечные связи и объединены с верхними поясами главных ферм с крестовой решеткой и поперечными связями с помощью металлических деталей в единое целое. При этом несущие конструкции мостового полотна выполнены: или в виде продольно расположенных ребристых панелей из композитного материала, или в виде продольно расположенных панелей клееной деревоплиты, или в виде монолитной железобетонной плиты, или из сборных железобетонных плит, объединенных в стыках как единое целое.

Недостатком известной конструкции являются неопределенность узлов объединения верхних поясов главных ферм, выполненных из тонких вертикальных полос листового стеклокомпозита на всю длину ферм с несущими конструкциями мостового полотна посредством металлических деталей в единое целое. Как известно, применение дощато-нагельных ферм Тауна, по образу и подобию которых выполнены рассматриваемые конструкции, стало возможным благодаря конструкции мостового полотна в виде поперечин и двойного продольного настила из досок, а позднее в виде поперечных деревоплит. Другие решения, особенно с использованием продольно расположенных панелей, деревоплит, железобетонных плит, включенных в совместную работу с дощатыми фермами не известны.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту конструкцией является опытное гибридное по материалу пролетное строение [Иванов А.Н. Опыт применения композиционных материалов в мостостроении / А.Н. Иванов, А.В. Мартынов // Символ науки. - 2015, №6. - с. 43-46.], составленное из шести многораскосных решетчатых ферм системы Тауна из конструкционных стеклокомпозитов, поверху которых устроена монолитная железобетонная плита. При этом железобетонная плита включена в совместную работу с фермами посредством присоединения к горизонтальным листам верхних поясов стальных пластин с гибкими упорами.

Недостаток данной конструкции заключается в завышенной (в соответствии с нормативными требованиями [СП 35.13330. 2011 Мосты и трубы / - М. - 2017, п. 7.117]) толщине железобетонной плиты, излишней материалоемкости и неполноценном использовании ее в совместной работе с фермами и в неоправданном увеличении постоянной нагрузки на пролетное строение.

Задачей изобретения является повышение грузоподъемности пролетных строений, снижение материалоемкости и трудоемкости их изготовления и монтажа, повышении долговечности и эксплуатационной надежности мостов с использованием пролетных строений из конструкционных стеклокомпозитов

Указанный технический результат достигается тем, что пролетное строение с многораскосными главными фермами, содержащее хотя бы две главные фермы с крестовой решеткой, все элементы которых и поперечные связи выполнены из композитных материалов, и несущие конструкции мостового полотна, отличающееся тем, что пролетное строение составлено из монтажных блоков, содержащих главные фермы, объединенные попарно поперечными связями, и стальную ортотропную плиту с консольными свесами, опертую поперечными балками на главные фермы и объединенную с ними двумя совмещенными по оси ферм продольными ребрами с устройством болтовых соединений посредством парных уголковых накладок. При этом монтажные блоки установлены на опоры по эпюре поперечного уклона и соединены между собой посредством устройства болтосварных соединений ортотропного настила в промежутках между блоками.

Указанный технический результат достигается тем, что пролетное строение по п. 2, отличается тем, что оно составлено из монтажных блоков, все элементы которых, включая несущую конструкцию мостового полотна, выполнены из стеклокомпозитных профилей, причем многоребристый открытый снизу специальный пультрузионный профиль мостового настила, сопоставимый с поперечным сечением стального ортотропного настила с продольными ребрами перевернутого Т-образного сечения, уложен на всю длину пролета на поперечные балки, закрепленные к ребрам жесткости, и верхние пояса главных ферм, соединен с поясами ферм и со смежными вертикальными стенками сопрягаемых настилов болтами.

Ряд указанных отличий являются существенными:

1) По признаку компоновки поперечного сечения пролетное строение-прототип составлено из плоских ферм, объединенных поперечными связями различного типа, с последующим устройством несущей конструкции мостового полотна на всей ширине моста в виде либо продольно расположенных ребристых панелей из композитного материала, либо в виде продольной клееной деревоплиты, либо в виде монолитной железобетонной плиты, поперечной сборной железобетонной плиты со швами омоноличивания, объединяемых с фермами посредством металлических деталей в единое целое. Заявляемое пролетное строение составлено из цельно перевозимых монтажных блоков заводской сборки, содержащих главные фермы, объединенные попарно поперечными связями, и стальную ортотропную плиту с консольными свесами, опертую поперечными балками на главные фермы и объединенную с ними двумя совмещенными с фермами продольными ребрами жесткости с устройством болтовых соединений. При этом установленные на опоры по эпюре поперечного уклона и соединенные между собой посредством устройства постоянных болтосварных стыков ортотропного настила блоки вместе с покрытием формируют заданную проектом поверхность мостового полотна.

2) По признаку устройства несущей конструкции мостового полотна заявляемое пролетное строение по п. 1 содержит одноярусную стальную ортотропную плиту, широко применяемую в настоящее время при проектировании и строительстве цельнометаллических пролетных строений мостов. В отличие от прототипа несущая конструкция мостового полотна заявляемого пролетного строения выполнена из стали, наиболее близкого по физико-механическим свойствам к стеклопластиковым композитам и наиболее совместимого с ним материала. Кроме того, болтовое соединение стальной ортотропной плиты с верхними поясами главных ферм из стеклопластика существенно снижает трудозатраты на монтажные работы по устройству проезжей части и полностью обеснечивает совместную работу этих элементов как на временную, так и на постоянную нагрузку в одну стадию. Известно также, что применение стальной ортотропной плиты в качестве несущей конструкции мостового полотна уменьшает величину постоянной нагрузки на пролетное строение в 2,5…3,0 раза по сравнению с железобетонной плитой.

По признаку устройства несущей конструкции мостового полотна заявляемая конструкция по п. 2 включает многоребристый открытый снизу пультрузионный стеклопластиковый профиль, сопоставимый с поперечным сечением стального ортотропного настила с продольными ребрами перевернутого Т-образного сечения, и поперечные балки, закрепленные к ребрам жесткости главных ферм, - все по типу стальной двух ярусной ортотропной плиты. При этом совместная работа главных ферм и несущей конструкции обеспечивается посредством болтовых соединений ребер настила между собой и с верхними поясами главных ферм. В отличие от аналога, в котором в качестве несущих конструкций мостового полотна предложены продольно расположенные ребристые панели из композитного материала, в заявляемом решении предложены специальные пультрузионные стеклопластиковые профили с параметрами близкими к параметрам стального ортотропного настила, объединяемые для совместной работы с главными фермами и между собой посредством простых болтовых соединений.

3) По признаку объединения несущих конструкций мостового полотна с главными фермами железобетонная плита пролетного строения-прототипа включена в совместную работу с фермами посредством присоединения к горизонтальным листам верхних поясов стальных пластин с гибкими упорами с последующим их обетонированием. Заявляемая конструкция пролетного строения обеспечивает совместную работу несущей конструкции мостового полотна и главных ферм уже на этапе изготовления посредством устройства монтажных болтовых соединений.

Таким образом, заявляемое пролетное строение моста обладает совокупностью признаков, отличающих его от прототипа и известных решений и позволяющих достичь увеличения грузоподъемности, снижения материалоемкости, трудоемкости изготовления и монтажа, повысить долговечность и эксплуатационную надежность этих конструкций.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведено пролетное строение с многораскосными фермами из конструкционных стеклокомпозитов с ортотропной плитой проезжей части; на фиг. 2 приведено поперечное сечение пролетного строения со стальной ортотропной плитой; на фиг. 3 приведен монтажный блок пролетного строения на фиг. 2; на фиг. 4 приведено поперечное сечение пролетного строения на фиг. 1 с ортотропной плитой из стеклопластикового композита; на фиг. 5 приведен монтажный блок пролетного строения на фиг. 4.

Пролетное строение (фиг. 1-3) содержащее многораскосные главные фермы 1 с крестовой решеткой 2, все элементы которых и поперечные связи 3 выполнены из композитных материалов, и несущую конструкцию 4 мостового полотна 5, отличается тем, что состоит из монтажных блоков 6 (фиг. 3), содержащие главные фермы 1, объединенные попарно поперечными связями 3, и стальную ортотропную плиту 7 с консольными свесами, опертую поперечными балками 8 на главные фермы 1 и объединенную с ними двумя совмещенными по оси ферм продольными ребрами 9 с устройством болтовых соединений 10 посредством парных уголковых накладок 11. При этом монтажные блоки 6 установлены на опоры по эпюре поперечного уклона 12 и соединены между собой посредством устройства болтосварных соединений 13 в промежутках между блоками 6.

Пролетное строение по п. 2 (фиг. 4-5) отличается тем, что состоит из монтажных блоков 14, все элементы которых, включая несущую конструкцию мостового полотна, выполнены из стеклокомпозитных профилей, причем многоребристый с открытым контуром специальный пультрузионный профиль 15, с поперечным сечением стального ортотропного настила с ребрами перевернутого Т-образного сечения, уложен на всю длину пролета на поперечные балки 16, закрепленные к ребрам жесткости 17, и верхние пояса 18 главных ферм 1, соединен с поясами 18 ферм 1 и со смежными вертикальными стенками 19 сопрягаемых профилей болтами 20.

В составе пролетного строения каждый монтажный блок 6(14) работает на изгиб от временной нагрузки в соответствии с законами упругого распределения в зависимости от жесткости поперечной конструкции, образованной системой несущей конструкции мостового полотна в виде ортотропного одноярусного 4 или двух ярусного 15, 16 настила и поперечных связей.

Использование новых элементов по п. 1 стальной ортотропной плиты и по п. 2 еще более легкой ортотропной плитой из стеклопластикового композита обеспечивает снижение постоянной нагрузки более, чем в 3 раза, обеспечивает совместную работу главных ферм и несущей конструкции мостового полотна как от постоянной, так и от временной нагрузки, позволяет существенно повысить грузоподъемность рассматриваемых пролетных строений за счет включения в совместную работу с фермами несущей конструкции мостового полотна из стали и стеклокомпозита, обладающих более высокими прочностными свойствами по сравнению с железобетоном и клееной древесиной.

Конструкция предлагаемого решения проста и технологична, отличается от известных решений более низкой материалоемкостью и трудоемкостью, повышенной долговечностью.