Панель настила моста, комбинация из, по меньшей мере, двух панелей с н-образным зажимом, способ изготовления панели (варианты), мост и способ конструирования моста
Изобретение относится к многослойным панелям из плит и к настилам моста, в частности к мостовым настилам для стальных мостов рамного типа или мостов с опорами, имеющих настилы, образованные из панелей. Панель настила моста содержит многослойную конструкцию, имеющую верхнюю и нижнюю металлические плиты, и промежуточный слой из компактного пластика или полимерного материала, сцепленного с металлическими плитами таким образом, чтобы передавать между ними силы сдвига. Технический результат изобретения состоит в создании более упрощенной по своей конструкции и облегченной панели настила моста с повышенной прочностью и жесткостью. 9 н. и 25 з.п.ф-лы, 36 ил.
Настоящее изобретение относится к многослойным панелям из плит и к настилам моста, в частности к мостовым настилам для стальных мостов рамного типа или мостов с опорами, имеющих настилы, образованные из панелей.
Мосты с ездой по верху представляют собой хорошо известные временные или постоянные конструкции, которые содержат пролетное строение из ферм и панелей настила. Панели настила таких мостов, обычно изготавливаемые из стали, состоят из плиты, приваренной к большому количеству обрамленных в продольном направлении U-образных элементов жесткости (обычно известной как ортотропный мостовой настил, то есть такой настил, которому придана жесткость в одном направлении), двух или более поперечных балок и продольных балок. Плиты настила передают нагрузку элементам жесткости и далее поперечным балкам, которые непосредственно передают нагрузки фермам. Известные конструкции содержат 5-миллиметровые U-образные элементы жесткости, приваренные к 10-миллиметровой плите настила посредством двух непрерывных 4-миллиметровых угловых сварных швов. Нагрузки от колес транспортных средств, переезжающих через мост, приводят к локальному изгибу плиты настила по верхней части элементов жесткости, что, в свою очередь, приводит к возникновению усталостных трещин в сварных швах, которые соединяют между собой две этих детали. Усталостные трещины распространяются вдоль сварных швов моста и в плиту настила, уменьшая прочность и жесткость панели, что неблагоприятно влияет на ее способность выдерживать расчетные нагрузки и на ее долговечность. Панели настила, имеющие усталостные трещины (обнаруживаемые при профилактических осмотрах), обычно подлежат замене.
Для увеличения сопротивления усталости исследователи и специалисты в данной отрасли традиционно прибегают к утолщению как плит настила, так и элементов жесткости, что позволяет уменьшить диапазон напряжений детали, склонной к критической усталости. В одной из известных конструкций плита настила и элементы жесткости были утолщены соответственно до 12 мм и 6 мм с увеличением при этом размера примыкающего углового шва до 6 мм. Сопротивление усталости было повышено, но все же было недостаточным, поскольку основные конструкционные детали (склонная к усталости сварная конфигурация) оставались неизменными. Дальнейшее увеличение толщины плиты позволяет уменьшить диапазон напряжений и повысить сопротивление усталости, однако в этом отношении имеется предел, определяемый практическим применением: вес панели настила, превышающий способность опорной конструкции моста выдерживать нагрузку от собственного веса.
Мосты Бэйли представляют собой временные конструкции, которые содержат пролетное строение, состоящее из балок, ферм, связей и панелей настила. Панели настила обычных мостов Бейли содержат стальную плиту, приваренную к обрамленным в продольном направлении стальным U-образным секциям, при этом по краям находятся канальчатые секции. Пытаясь свести к минимуму затраты, связанные с изготовлением, и вес, плиты и секции изготавливают по возможности наиболее тонкими и используют прерывистые швы для соединения элементов жесткости с относительно тонкой плитой настила. Как и ранее, эти швы подвержены усталости, при этом сварная деталь также склонна к усталости и имеет ограниченное сопротивление усталости, что уменьшает ее долговечность.
Задача настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованной панели настила моста с прочностью и жесткостью, которые эквивалентны прочности и жесткости панелей существующих мостов, но легче их, проще по конструкции и/или менее склонной к усталостным разрушениям.
Согласно настоящему изобретению создана панель настила моста, представляющая собой многослойную конструкцию из плит и содержащая верхнюю и нижнюю металлические плиты и промежуточный слой из пластика или полимерного материала, связанного с металлическими плитами таким образом, чтобы между ними была обеспечена передача сил сдвига.
Панель настила моста согласно изобретению может быть выполнена с той же самой геометрией и с такими же периферийными опорными элементами, что и у существующей конструкции, так чтобы она могла заменить панели существующих конструкций. Многослойная конструкция из плит согласно описанному ниже варианту ее осуществления обладает повышенными прочностью и жесткостью по сравнению с металлической плитой, имеющей сопоставимую общую толщину.
Можно полагать, что для исключения известных деталей, склонных к разрушению от усталостных нагрузок, все стальные панели настила, многочисленные элементы жесткости и связанные с ними сварные швы должны быть исключены и заменены многослойной конструкцией из плит. В некоторых вариантах для контроля прогибов могут быть использованы одна или более промежуточные балки, плиты, работающие на сдвиг, или встроенные конструкционные секции.
Исключение элементов жесткости позволяет уменьшить требуемый объем сварки и общую площадь открытой поверхности, требующей нанесения покрытия, защищающего от коррозии, упростить конструкцию, повысить сопротивление усталости (увеличить долговечность при тех же самых нагрузках) и снизить расходы на изготовление. В некоторых вариантах осуществления конструкции, в которых важным конструктивным критерием является доведение веса до минимума, целиковый промежуточный слой (сердцевина) может быть заменен композитной сердцевиной, состоящей из целиковых ребер и некоторой формы, обладающей меньшей плотностью, если площадь сцепления промежуточного слоя с верхней и нижней металлическими плитами достаточна для передачи между ними сил сдвига. В конструкции этого типа должны быть определены промежутки между формами и размеры форм для предотвращения выпучивания какой-либо металлической плиты.
Другие детали многослойных конструкций из плит, пригодные для использования в настоящем изобретении, описаны в патенте США 5778813 и в заявке на патент Великобритании GB-А-2337022. Промежуточный слой также может представлять собой композитную сердцевину, описанную в заявке на патент Великобритании № 9926333.7.
Далее настоящее изобретение будет описано со ссылками на представленные в качестве примера варианты осуществления конструкции и на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 представлен вид в перспективе "типичного моста", в котором может быть использована панель настила согласно настоящему изобретению, перекрывающая всю ширину моста;
на фиг. 2 представлен торцевой вид панели настила моста согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, иллюстрирующий детали для подсоединения к опорам конструкции моста, а также для соединения плит между собой;
на фиг. 3 представлен вид в плане, причем с частичным вырезом, панели настила моста согласно фиг. 2 с одной промежуточной балкой;
на фиг. 4 представлен вид панели настила моста согласно фиг. 2 в поперечном сечении по линии D-D;
на фиг. 5 представлен вид части панели настила моста согласно фиг. 3 в поперечном сечении по линии А-А;
на фиг. 6 представлен вид части панели настила моста согласно фиг. 3 в поперечном сечении по линии В-В;
на фиг. 7 представлен вид части панели настила моста согласно фиг. 3 в поперечном сечении по линии С-С;
на фиг. 8 представлен боковой вид панели настила моста согласно модификации первого варианта осуществления конструкции, имеющей две промежуточные балки;
на фиг. 9 представлен вид в плане, причем с частичным вырезом, панели настила моста согласно фиг. 8;
на фиг. 10 представлен вид панели настила моста согласно фиг. 9 в поперечном сечении по линии Е-Е;
на фиг. 11-14 представлены стадии изготовления панели настила моста, выполненной согласно первому варианту осуществления ее конструкции;
на фиг. 15 представлен вид в плане настила моста, включающего в себя панели согласно второму варианту осуществления изобретения, проходящие между поперечными опорами или балками;
на фиг. 16 представлен вид в перспективе части настила моста согласно фиг. 15, демонстрирующий расположение панелей настила согласно второму варианту осуществления конструкции и иллюстрирующий детали для подсоединения к опорным элементам моста и работающие на сдвиг детали для соединения панелей между собой;
на фиг. 17 и 18 соответственно представлены вид в плане и вид в поперечном сечении устройства для соединения панелей настила моста (выполнение соединения, работающего на сдвиг) согласно второму варианту осуществления конструкции;
на фиг. 19 представлен вид в перспективе зажима, используемого для соединения панелей настила моста согласно второму варианту осуществления конструкции;
на фиг. 20 представлен вид в плане панели настила моста согласно второму варианту осуществления конструкции, показывающий скрытые детали (места расположения форм и плит, работающих на сдвиг);
на фиг. 21 представлен увеличенный вид панели настила моста согласно второму варианту осуществления конструкции изобретения в поперечном сечении по линии F-F;
на фиг. 22 представлен вид в плане панели настила моста согласно второму варианту осуществления конструкции, демонстрирующий модификации конфигурации форм, позволяющие облегчить течение материала, впрыскиваемого под давлением;
на фиг. 23 представлена перфорированная плита, работающая на сдвиг;
на фиг. 24 схематически представлены форма для литья и детали, используемые для изготовления панелей настила моста согласно второму варианту осуществления конструкции;
на фиг. 25 и 26 соответственно представлены вид в плане и торцевой вид формы для литья согласно фиг. 24;
на фиг. 27 представлен вид в плане, демонстрирующий скрытую часть панели моста согласно второму варианту осуществления конструкции;
на фиг. 28 представлен вид в поперечном сечении по линии G-G панели настила моста согласно второму варианту осуществления конструкции;
на фиг. 29 представлены типичные охватываемые монтажные соединители панелей моста, работающие на сдвиг, которые могут быть использованы для второго варианта осуществления конструкции;
на фиг. 30 представлен схематический вид формы для литья и деталей, используемых для изготовления панелей настила моста согласно второму варианту осуществления конструкции;
на фиг. 31-34 представлены стадии выполнения болтовых соединений для второго варианта осуществления конструкции;
на фиг. 35 представлен вид в поперечном сечении панели настила моста согласно второму варианту осуществления конструкции, иллюстрирующий разнообразие конструктивных секций (профилей) внутри промежуточного слоя, чтобы обеспечить жесткость, препятствующую сдвигу, и управлять прогибами;
на фиг. 36 представлена конфигурация полученных посредством экструзии верхней и нижней плит, которые могут быть использованы в изобретении.
На различных чертежах подобные детали обозначены одинаковыми позициями.
1-й вариант осуществления конструкции: сборная многослойная панель из плит для настила моста, имеющая периферийную раму.
На фиг. 1 представлена схема моста с фермами, которая демонстрирует конструкцию обычного типа. Опорная конструкция может состоять как из двойной фермы 2, так и из одиночной фермы 3, которые удерживают основные элементы, проходящие по длине моста. Панели 4 настила моста расположены между основными элементами. Панели 4 могут, например, формировать поверхность дороги с однорядной или многорядной проезжей частью. Поэтому мост должен быть способен выдерживать динамические нагрузки, создаваемые одним или более транспортными средствами, которые могут представлять собой грузовые автомобили или иные транспортные средства для перевозки тяжелых грузов. Частота и величина нагрузок, создаваемых колесами, а также условия, для которых должны быть выполнены панели настила моста, будут зависеть от места расположения моста и от характера нагрузок, создаваемых при движении по проезжей части. Панель 4 настила моста, выполненная согласно настоящему изобретению, показана на фиг. 2-4, которые соответственно представляют собой торцевой вид, вид в плане с частичным вырезом и вид в поперечном сечении. Панель 4 содержит многослойную плиту 5, имеющую в общем прямоугольное поперечное сечение, прикрепленную вдоль ее длинных краев к поперечным балкам 6, по концам которых установлены соединительные плиты 7 для обеспечения возможности болтового крепления панели 4 к фермам 2 и 3 моста 1. У концов панелей установлены дополнительные продольные балки 8, а вдоль средней линии панели 4 установлена промежуточная балка. При эксплуатации моста нагрузки, создаваемые транспортным средством, будут переданы от многослойной плиты 5 настила к поперечным балкам 6 с помощью продольных балок 8 и промежуточной балки (промежуточных балок) 9 и, следовательно, к фермам 2, 3 моста.
Детали соединения многослойной плиты 5 настила с периферийной рамой и промежуточной балкой (промежуточными балками) 6, 8, 9 показаны на фиг. 5, 6 и 7. Для ясности на этих чертежах не показаны опорные стержни и определенные сварные части. На этих чертежах также показано, что многослойная плита 5 настила образована из верхней и нижней стальных плит 10, 11, которые соединены друг с другом посредством промежуточного слоя 12, который содержит пластик или полимерный материал, предпочтительно эластомер, обладающий достаточной прочностью для передачи силы сдвига между металлическими плитами.
На фиг. 5 представлен вид в поперечном сечении по линии А-А на фиг. 3, иллюстрирующий типичное соединение между многослойной плитой 5 настила и промежуточной балкой 9, когда стенка моносимметричного I-образного профиля приварена к нижней металлической плите 11 многослойной плиты 5 настила. Как вариант, внутренняя балка может представлять собой балку с перевернутым Т-образным профилем, при этом ее стенку приваривают непосредственно к нижней металлической плите 11.
На фиг. 6 представлен вид в поперечном сечении по линии В-В на фиг. 3, иллюстрирующий типичное соединение между продольной концевой балкой 8 и многослойной плитой 5 настила, когда плита 5 подведена к стенке балки и приварена к ней. В некоторых вариантах осуществления конструкции верхняя металлическая плита 10 может быть выровнена со стенкой балки или, как показано на фиг. 6, ее форма может быть изменена в холодном состоянии, и она может проходить за стенку, формируя упрочненную концевую плиту.
На фиг. 7 представлен вид в поперечном сечении по линии С-С на фиг. 3, иллюстрирующий типичное соединение между многослойной плитой 5 настила и поперечной балкой 6, когда многослойная плита 5 подведена к стенке балки и приварена к ней. Отходящий фланец обеспечивает нахождение края смежных панелей на одном уровне, так что смежные панели могут быть прикреплены друг к другу болтами, что позволяет обеспечить их соединение, работающее на сдвиг. Периферийная металлическая рама 6, 8 образует с верхней 10 и нижней 11 металлическими плитами воздухонепроницаемую замкнутую полость, в которую впрыскивают под давлением промежуточный слой 12.
Модификация 4' этой сборной панели настила моста согласно первому варианту осуществления конструкции представлена на фиг. 8-10. Она содержит две промежуточные балки 9', выровненные с работающими на сдвиг болтовыми соединениями смежных панелей для обеспечения непосредственного пути прохождения нагрузки при распределении нагрузки между панелями, когда транспортные средства перемещаются по длине моста 1. Все другие детали панели 4 настила моста остаются теми же самыми.
Способ изготовления панелей согласно первому варианту осуществления конструкции значительно упрощен по сравнению с известными конструкциями, поскольку исключены установка в определенное положение и сварка всех обрамленных в продольном направлении U-образных элементов жесткости. Согласно изобретению стальную опорную раму, состоящую из продольных и поперечных балок 6, 8, промежуточных балок 9 и соединительных плит 7, изготавливают обычным способом, что приводит к получению конструкции, показанной на фиг. 11. После этого стальную опорную раму центрируют вокруг двух блокообразных форм 20, пригодных для повторного использования, например, постоянно расположенных на полу цеха, как показано на фиг. 12. Формы, которые показаны на фиг. 13, используют для временного расположения и удержания нижней плиты 11, когда ее посредством углового шва приваривают к периферийной металлической раме, что исключает необходимость использования опорных стержней. Металлические или пластиковые распорные детали 21, при необходимости устанавливаемые для удерживания верхней плиты 10, гарантируют получение надлежащей толщины промежуточного слоя 12. Перед дальнейшим выполнением сварки (закрытие полости) внутренние поверхности обезжиривают и начисто протирают с помощью растворителя МЕК или чего-либо эквивалентного ему. Затем на верхнюю часть рамы устанавливают верхнюю металлическую плиту 11, как показано на фиг. 14, и налагают сварной шов по периметру с получением частично проваривающего сварного шва с разделкой кромок. При необходимости может быть выполнен дополнительный угловой сварочный шов для дополнительного соединения нижней металлической плиты 10 с нижней частью опорной конструкции. В любом из таких компонентов, как нижняя плита 10, верхняя плита 11 или периферийная рама 6, 8, может быть выполнено одно окно 22 для впрыска под давлением, а также одно или более вентиляционных отверстий 23. Окно и отверстия располагают таким образом, чтобы они соответствовали оборудованию, выполняющему впрыск под давлением, позволяли бы свести к минимуму их влияние на рабочие характеристики конструкции и облегчали изготовление. После этого в полость приблизительно в течение 160 секунд под давлением впрыскивают эластомер. Наконец, окно 22 для впрыска и вентиляционные отверстия 23 уплотняют посредством металлических пробок. Собранную панель настила моста, выполненную согласно изобретению, можно перемещать через 10-15 минут после впрыска.
2-й вариант осуществления конструкции: сборные легкие многослойные панели из плит для настила моста.
Легкая многослойная панель 100 из плит для настила моста, предназначенная для армии и выполненная согласно второму варианту осуществления конструкции, как показано на фиг. 15-22, была выполнена так, чтобы отвечать требованиям армии для нагрузок класса МLC12. Общая длина L моста, длина l панели, минимальная ширина W настила и максимальный вес моста (включая пролетное строение) для этого конкретного примера соответственно составляли 20 м, 2000 мм, 2800 мм и 6-8 т.
Типичный настил 100 моста составлен из 40 идентичных панелей 104, размещенных между поперечными балками 101, как показано на виде в плане согласно фиг. 15 (для ясности пролетное строение моста не показано). Каждая панель должна быть достаточно легкой, чтобы ее могли нести и устанавливать два человека, при этом ее максимальный вес приблизительно должен составлять 100 кг. Панель можно поднимать, используя простую подъемную раму (не показана) с рукоятками, которая может быть прикреплена к каждой панели посредством работающих на сдвиг зажимов, имеющихся отверстий под болты или посредством дополнительных отверстий (не показаны), предназначенных для этих целей. Универсальные размеры детали (общая толщина, ширина, места расположения отверстий под болты, работающие на сдвиг зажимные детали) обеспечивают возможность расположения панелей в любом месте вдоль настила моста. В результате каждая панель настила должна быть предназначена для ее расположения во всех вероятных местах, где будет приложена нагрузка от танка или от колес грузового автомобиля, соответствующая нагрузкам, определяемым MLC12.
На фиг. 16 более подробно представлены соединение панелей с поперечными балками и работающая на сдвиг связь между панелями. Два имеющих скосы Н-образных зажима 120, работающих на сдвиг, которые изготовлены из пластика или металла, соединяют смежные панели 104, чтобы сохранить неизменные прогибы от панели к панели, если транспортное средство совершает перемещение по ширине настила моста. Работающие на сдвиг зажимы 120 устанавливают по плотной посадке и так, чтобы они были расположены заподлицо с обеими поверхностями. Зажим 120 и способ его использования показаны на фиг. 17-19. Имеющий скос фланец зажима 120 обеспечивает возможность его легкой установки и удаления. Длина фланца 121 достаточна для его вхождения в зацепление с краевой металлической плитой 107, работающей на сдвиг. Два болта 102 с каждого конца крепят панели 104 к поперечным балкам 101.
На фиг. 20 и 23 представлен легкий промежуточный слой 12 (композитная сердцевина, которая может быть использована с любым вариантом осуществления конструкции), состоящий из форм 14, имеющих низкую плотность, ребристых секций 13 из пластика или полимера, стальных внутренних плит 107, работающих на сдвиг, деталей 105 болтового крепления и тиснений 106 для зажимов. Геометрия ребер из пластика или полимера может изменяться от прямоугольного сечения до сечения, которое выглядит подобно ионической колонне для увеличения поверхности сцепления с верхней и нижней металлическими плитами 11, 10, а также доведения до максимума эффективности затрат на выполнение конструкции. Толщина верхней и нижней плит 10, 11 в этом конкретном примере может быть различной, например, она может составлять соответственно 3 мм и 2 мм для обеспечения запаса по толщине подвергаемой износу поверхности верхней плиты 10. Панели согласно второму варианту осуществления конструкции полностью выполнены без сварных швов. На фиг. 22 представлено изменение геометрии форм, имеющих низкую плотность, с выполнением скошенных углов для облегчения течения впрыскиваемого под давлением пластика или полимерного материала. Точные размеры компонентов промежуточного слоя таковы, чтобы обеспечить отвечающие требованиям прочность сцепления, жесткость, а также общую прочность для определенных нагрузок. Работающие на сдвиг плиты 107 в этом варианте осуществления конструкции могут быть выполнены сплошными или перфорированными с пробитыми отверстиями, показанными на фиг. 23, для обеспечения свободного прохождения потока впрыскиваемого под давлением пластика или полимерного материала и после отверждения усиления связи (механического блокирования) между плитами и пластиковыми ребрами. В этом случае перфорирование позволяет получить более жесткие плиты, уменьшенную податливость и уменьшенный вес компонентов.
Панели настила моста, выполняемые согласно второму варианту осуществления конструкции, собирают в форме 40 для литья, показанной на фиг. 24-26, что гарантирует точность размеров и качество конструкции. Точность размеров важна для быстрого монтажа в полевых условиях и для обеспечения постоянного веса без его существенных изменений от панели к панели. Тонкие нижняя и верхняя металлические плиты 10, 11 с тиснениями для зажимов, работающих на сдвиг, внутренние, работающие на сдвиг плиты 107 и формы 13 помещают в закрытую литейную форму 41, 42, как схематически показано на фиг. 24. Для заполнения полости в нее в течение 12-15 секунд под давлением впрыскивают пластик. Готовая панель настила может быть извлечена всего через несколько часов. Затем на открытые металлические поверхности наносят покрытия, препятствующие коррозии и скольжению.
Модификации этого варианта конструкции представляют собой функцию конструктивных параметров и условий, в которых будет находиться данная панель настила моста. Одна из типичных модификаций показана в виде конструкции согласно фиг. 27-34 и представляет собой панель настила моста, которая расположена приблизительно на 3000 мм между поперечными балками, а ее расчетная нагрузка от грузового автомобиля составляет порядка 16 т при отпечатке протектора шины порядка 200 мм Ч 500 мм.
Панель 204 настила моста, ширина которой составляет 1050 мм, содержит верхнюю и нижнюю металлические плиты 10, 11, а также промежуточный слой (сердцевину) 12. Сердцевина 12 выполнена из отстоящих друг от друга на одинаковом расстоянии эластомерных ребер 14 и из пенных вставок, отделяющих друг от друга верхнюю и нижнюю плиты. Работающие на сдвиг внутренние плиты (с отверстиями) 107, показанные на фиг. 28, связаны с эластомерными ребрами 14. Сдвиг передается стальным плитам 107 посредством сцепления (адгезионного и механического) для обеспечения требуемой жесткости при изгибе.
На фиг. 27 и 29 представлена модификация деталей соединения между панелями, работающего на сдвиг. По короткому размеру панели в промежуточный слой 12 встроены металлические или пластиковые трубы 188. Работающие на сдвиг охватываемые соединения с прямыми 178 или сужающимися 179 концами и с фланцем 180, представленные на фиг. 29, устанавливают в трубы смежных панелей для обеспечения требуемого соединения, работающего на сдвиг. Эти соединители могут быть выполнены из металла или пластика. Все другие детали подобны по выполняемой функции и изменяются только по размерам и месту расположения в зависимости от их применения и конструкции.
Изготовление панели настила, сконструированной согласно этому варианту, выполняют посредством двух стадий. Во-первых, пену 13 отливают в форму для литья, чтобы она составляла единое целое с продольными стальными плитами 107. Эту начальную "жесткую" форму затем размещают в форме 40' для литья эластомера под давлением, представленной на фиг. 30, совместно с верхней и нижней стальными плитами 10, 11. Эластомер впрыскивают под давлением в форму для литья, связывая все компоненты, включая болтовые и работающие на сдвиг соединительные детали с получением конструкционной панели, которая не требует выполнения сварки.
На фиг. 31-34 представлен фрагмент изготовления участка с соединительной втулкой, предназначенной для болтового соединения секций настила с поперечными балками. Способ включает в себя следующие стадии:
1. Запрессовывание металлических втулок 105 в нижнюю плиту 11 и расположение сборки в литейной форме с жесткой пеной и внутренними стальными плитами (фиг. 31).
2. Установку пробок 44 (с агентами, обеспечивающими возможность освобождения) во втулки 105. Установку верхней плиты 10 и закрытие формы (фиг. 32).
3. Впрыскивание под давлением эластомера 14 (фиг. 33).
4. Удаление панели настила моста и извлечение пробок 44 (фиг. 34).
Преимущества, обусловленные изготовлением сборных многослойных панелей из плит для настила моста (массовое производство, сборка посредством автоматических манипуляторов, однородная и высококачественная конструкция, точность размеров), а также исключение всех сборочных операций и исключение всех деталей, склонных к усталостному разрушению, которые ограничивают срок службы, в равной степени относятся к каждой компоновке независимо от незначительных изменений геометрии или деталей конструкции.
Преимущества, обусловленные композитной сердцевиной, в равной степени относятся к первому варианту осуществления конструкции. Другие варианты композитной сердцевины включают в себя фасонные секции, подобные каналам, угловым и I-образным секциям, а также прямоугольные или круглые секции конструкции в качестве работающих на сдвиг внутренних плит 107. Стальные плиты 107 фактически представляют собой металлические элементы, имеющие любую желаемую форму, например форму I-образных балок. На фиг. 35 представлены различные конструктивные секции 191, 192, 193, 194 внутри промежуточного слоя. Также можно использовать полученные посредством экструзии алюминиевые секции, например верхнюю и нижнюю плиты, в которых работающие на сдвиг плиты 107 представляют собой часть формы, полученной посредством экструзии, которые могут войти в зацепление друг с другом, как показано на фиг. 36.
Другие варианты могут включать в себя панели настила моста, которые конструируют с монолитными сердцевинами и которые в плане не имеют прямоугольную форму. Например, для косого моста могут быть использованы панели настила в форме параллелограмма, а в случае криволинейных мостов могут быть использованы криволинейные краевые балки и радиально расположенные поперечные балки.
3-й вариант осуществления конструкции: сборные панели настила моста, встроенные в постоянную конструкцию, обеспечивающую непрерывный настил.
В третьем варианте осуществления конструкции согласно настоящему изобретению стадию окончательного литья под давлением пластика или полимерного материала в полость по сварным краям в сборной панели настила моста или в полость между верхней и нижней плитами панели настила выполняют по месту после того, как верхнюю и нижнюю плиты прикрепят к мосту. Эти панели подобны панелям согласно второму варианту осуществления конструкции, за исключением того, что они снабжены верхним и нижним фланцами, которые приваривают к пролетному строению моста с формированием полостей по сварным краям. Этот способ строительства позволяет создать непрерывный настил конструкции моста. Сборные панели настила моста обладают конструкционной жесткостью, ими легко манипулировать, и при этом они позволяют получить все преимущества сборной конструкции для тех конструкций моста, возведение которых выполняют по месту строительства. Промежуточный слой 12 панелей настила моста для третьего варианта осуществления конструкции согласно настоящему изобретению может быть изготовлен в виде монолитной конструкции из пластика или из композита, что описано ранее. Дополнительное преимущество конструкции этого типа заключается в том, что многослойная панель из плит, предназначенная для настила, действует в качестве эффективного фланца, работающего на сжатие, для удерживания балок или брусьев.
В этом варианте конструкции сборная панель настила моста либо верхняя или нижняя плиты должны быть приварены к пролетному строению моста, чтобы образовать воздухонепроницаемые полости перед выполнением литья под давлением. Способы создания конструкции, используемые для получения мостовых настилов "формируемых по месту путем впрыска под давлением", могут быть подобны тем способам, которые применяют для литья бетона на месте строительства. Обычно непрерывный настил сооружают последовательно, при этом панели настила моста сваривают по месту, выполняют литье под давлением и затем после отверждения они служат в качестве рабочей платформы для монтажа следующей панели по длине моста. В этих случаях панели настила моста должны быть предназначены для предлагаемых строительных нагрузок, а также для нормальных условий работы, нагрузок от собственного веса и нагрузок, обусловленных движением транспорта.
Как вариант, когда мост монтируют путем надвижки пролетных строений, конструкцию настила будут сооружать последовательно (приваривание и литье под давлением применительно к новым прикрепляемым панелям настила моста), когда мост выталкивают поверх его устоев.
Описанные технологии, касающиеся соединения друг с другом металлических секций панелей настила моста, выполненных согласно настоящему изобретению, в равной степени могут быть применены к третьему варианту осуществления конструкции.
Материалы и общие конструктивные свойства
Верхняя и нижняя металлические плиты 10, 11, а также другие описанные выше металлические детали панелей настила моста, которые предназначены для использования в любом из вариантов осуществления конструкции, предпочтительно изготавливают из конструкционной стали, что упомянуто выше, хотя в тех случаях, когда важны малый вес, коррозионная стойкость либо иные характерные свойства, также могут быть применены алюминий, нержавеющая сталь или какие-либо конструкционные сплавы. Предпочтительно, чтобы минимальный предел текучести металла составлял порядка 240 МПа, а его удлинение составляло бы, по меньшей мере, 10%. Верхние плиты, нижние плиты и плиты, работающие на сдвиг, могут быть выполнены сплошными или перфорированными, они могут иметь гальваническое покрытие, либо может быть выполнена какая-либо иная подготовка их поверхности, или они могут состоять из разных материалов, а их толщина может изменяться от 0,5 мм до 25 мм. Может быть выполнена желаемая обработка поверхности, например, для предотвращения коррозии или создания сопротивления скольжению, либо на одной или на обеих наружных поверхностях панелей может быть выполнена декоративная отделка.
Промежуточный слой должен иметь модуль упругости Е, по меньшей мере, порядка 250 МПа, а предпочтительно 275 МПа при максимальной ожидаемой температуре окружающей среды, при которой предполагается использовать элемент, и которая может доходить до 100°С. Толщина промежуточного слоя должна находиться между 5 и 1000 мм.
Пластичность материала промежуточного слоя при наименьшей рабочей температуре должна быть выше пластичности металлических слоев и должна составлять порядка 20%. Предпочтительное значение пластичности при наименьшей рабочей температуре составляет 50%. Коэффициент теплового расширения материала промежуточного слоя должен быть достаточно близок к коэффициенту теплового расширения стали, чтобы изменение температуры в ожидаемом рабочем диапазоне, а также в течение сварки не приводило к расслоению. Степень различия коэффициентов теплового расширения двух материалов частично будет зависеть от упругости промежуточного слоя, однако можно полагать, что коэффициент теплового расширения промежуточного слоя может в 10 раз отличаться от этого коэффициента для металлических слоев. Коэффициент теплового расширения можно регулировать путем добавления заполнителей. Если элементы открыты для внешних воздействий (погодных), то рецептура пластика или полимера должна быть составлена таким образом, чтобы они были гидролитически устойчивыми и обладали стойкостью к разрушению при воздействии ультрафиолетового излучения.
Предпочтительным материалом является полиуретановый эластомер, который содержит полиол (например, простой полиэфир или сложный полиэфир) совместно с изоцианатом или диизоцианатом, удлинитель цепей и заполнитель. Заполнитель применяют при необходимости, чтобы уменьшить коэффициент теплового расширения промежуточного слоя, уменьшить его стоимость и иным образом регулировать физические свойства эластомера. Могут быть введены и другие добавки, например, чтобы изменять механические свойства и другие характеристики (например, адгезию и сопротивление к воздействию воды или масел), а также ингибиторы горения.
Формы, обладающие низкой плотностью и предназначенные для композитной сердцевины 2-го варианта осуществления конструкции, могут быть выполнены из пены, древесины или из легких и полых калиброванных металлических секций. Предпочтительной формой является полипропиленовая полужесткая пена, плотность которой составляет более 20 кг/м3.
Сила сцепления между эластомерным и металлическим слоями должна составлять, по меньшей мере, 0,5 МПа, а предпочтительно 6 МПа во всем рабочем диапазоне. Предпочтительно, чтобы это было достигнуто посредством соответствующей адгезии между эластомером и металлом, однако могут быть использованы и дополнительные связующие агенты.
Хотя выше описаны варианты осуществления изобретения, следует иметь в виду, что они приведены в качестве иллюстрации и не предназначены для ограничения объема изобретения, который определен прилагаемыми пунктами формулы изобретения. В частности, указанные размеры даны для примера и не носят директивный характер.
1. Панель настила моста, содержащая многослойную конструкцию, имеющую верхнюю и нижнюю металлические плиты, и промежуточный слой из компактного пластика или полимерного материала, сцепленного с металлическими плитами таким образом, чтобы передавать между ними силы сдвига.
2. Панель настила моста по п.1, которая дополнительно содержит металлическую раму, прикрепленную к периферии панели настила, при этом стенка рамы образует боковые стенки вокруг промежуточного слоя.
3. Панель настила моста по п.2, которая дополнительно содержит, по меньшей мере, одну промежуточную балку, проходящую в промежутке металлической рамы и подсоединенную к ней, при этом стенка промежуточной балки образует боковую стенку пространства, заполненного промежуточным слоем.
4. Панель настила моста по п.3, в которой, по меньшей мере, одна промежуточная балка прикреплена, по меньшей мере, к одной из металлических лицевых плит.
5. Панель настила моста по любому из предшествующих пунктов, в которой толщина верхней металлической плиты находится в диапазоне от 0,5 до 25 мм, толщина нижней металлической плиты находится в диапазоне от 0,5 до 25 мм, а толщина промежуточного слоя находится в диапазоне от 5 до 1000 мм.
6. Панель настила моста по любому из предшествующих пунктов, в которой верхняя и нижняя металлические плиты выполнены из разных металлов и/или имеют разную толщину, и/или имеют разную обработку поверхности.
7. Панель настила моста по любому из предшествующих пунктов, в которой промежуточный слой выполнен из компактного эластомера.
8. Панель настила моста по п.1, в которой промежуточный слой содержит вставку, а также пластик или полимерный материал, который занимает пространство между верхней и нижней металлическими плитами, не занятое упомянутой вставкой.
9. Панель настила моста по п.8, в которой вставка содержит пену, а пластик или полимерный материал представляет собой компактный эластомер.
10. Панель настила моста по любому из п.8 или 9, в которой вставка содержит большое количество удлиненных элементов, в общем расположенных параллельно, по меньшей мере, одной боковой кромке панели настила.
11. Панель настила моста по п.10, в которой удлиненные элементы расположены между верхней и нижней металлическими плитами и проходят по существу по всей длине панели настила так, что пластик или полимерный материал образует большое количество отстоящих друг от друга удлиненных ребер.
12. Панель настила моста по п.11, которая дополнительно содержит, по меньшей мере, одну плиту, работающую на срез, связанную с одним из удлиненных ребер.
13. Панель настила моста по п.12, в которой в, по меньшей мере, одной плите, работающей на сдвиг, выполнены сквозные отверстия.
14. Панель настила моста по п.11, которая дополнительно содержит, по меньшей мере, один металлический элемент, связанный с одним из удлиненных ребер для предотвращения сдвига между верхней и нижней панелями.
15. Панель настила моста по любому из пп.8-14, в которой верхняя и нижняя металлические плиты выполнены с возможностью совместного удерживания друг с другом по существу только посредством сцепления с промежуточным слоем.
16. Панель настила моста по любому из предшествующих пунктов, в которых пластик или полимерный материал имеет модуль упругости Е, больший или равный примерно 250 МПа, а его пластичность превышает пластичность металлических слоев.
17. Панель настила моста по любому из предшествующих пунктов, в которых пластик или полимер имеет модуль упругости, больший или равный примерно 275 МПа.
18. Панель настила моста по любому из пп.8-17, которая выполнена с переферийной рамой с отверстиями для захождения болтов, чтобы соединить подобные панели и передавать между ними силы сдвига.
19. Панель настила моста по любому из пп.8-17, которая выполнена с металлическими трубчатыми втулками, проходящими по толщине для захождения болтов, чтобы присоединить панели к элементам каркаса моста.
20. Панель настила моста по любому из пп.8-17, которая выполнена с, по меньшей мере, одним углублением, по меньшей мере, в одной из плит, по меньшей мере, в одной боковой кромке для захождения зажима и соединения смежных, подобных панелей и передачи между ними силы сдвига.
21. Две панели настила моста, каждая из которых выполнена в соответствии с любым из пп.8-18, имеющие, по меньшей мере, одну поперечную трубу, заделанную в пластик для захождения охватываемого металлического соединителя, работающего на сдвиг, для соединения смежных, подобных панелей и передачи между ними силы сдвига.
22. Мост, содержащий, по меньшей мере, одну панель настила моста в соответствии с любым из предшествующих пунктов.
23. Способ изготовления панели настила моста, включающий следующие стадии:
изготовление металлической рамы;
установку рамы вокруг проектируемого блока;
установку первой металлической плиты на проектируемый блок внутри рамы;
приваривание первой плиты к раме;
установку второй металлической плиты на раму для образования полости совместно с первой плитой;
приваривание второй плиты к раме;
впрыск под давлением неотвержденного пластика или полимерного материала в полость, тем самым пластик отверждается с образованием компактного материала.
24. Способ по п.23, при котором окна для впрыска под давлением и вентиляционные отверстия для стадии впрыска под давлением выполняют в первой плите, во второй плите или в металлической раме.
25. Способ по п.23 или 24, при котором металлическая рама включает в себя, по меньшей мере, одну промежуточную балку, и на стадии установки рамы вокруг проектируемого блока раму устанавливают вокруг, по меньшей мере, двух проектируемых блоков с размещением промежуточных балок между смежными проектируемыми блоками.
26. Панель настила моста, изготовленная способом по любому из пп.23-25.
27. Способ изготовления панели настила моста, включающий следующие стадии:
сборку в форме для литья верхней и нижней металлических плит и формы, при этом форму располагают между верхней и нижней металлическими плитами в форме для литья и оставляют пустоты;
закрытие формы для литья;
впрыск под давлением неотвержденного пластика или полимерного материала в форму для литья для заполнения пустот между верхней и нижней плитами, при этом пластик, когда он отвержден, является компактным и связывает между собой верхнюю и нижнюю плиты для передачи между ними сил сдвига.
28. Способ по п.27, при котором, по меньшей мере, одну металлическую трубу или, по меньшей мере, одну втулку дополнительно размещают между верхней и нижней металлическими плитами перед стадией закрытия формы для литья.
29. Способ по п.27 или 28, при котором форма содержит большое количество удлиненных элементов, а на стадии сборки удлиненные элементы размещают в форме для литья в общем параллельно и с промежутками между ними так, что пластик, когда он впрыснут под давлением, образует большое количество ребер, отстоящих друг от друга.
30. Способ по п.29, при котором на стадии сборки, по меньшей мере, одну плиту, работающую на сдвиг, размещают в литейной форме вблизи, по меньшей мере, от одного удлиненного элемента так, чтобы пластик или полимерный материал сцеплялся с работающей на сдвиг плитой, а также с верхней и нижней металлическими плитами.
31. Способ по п.30, содержащий перед стадией сборки дополнительную стадию литья путем впрыска под давлением, по меньшей мере, одного из большого количества удлиненных элементов за одно целое с той или иной плитой, работающей на сдвиг.
32. Панель, изготовленная способом по любому из пп.27-31.
33. Мост, содержащий настил и опорную конструкцию, при этом настил содержит верхнюю и нижнюю плиты, прикрепленные к опорной конструкции и образующие между собой полость, при этом полость, по меньшей мере, частично заполняют компактным пластиком или полимерным материалом, сцепляемым с металлическими плитами, для передачи между ними силы сдвига.
34. Способ конструирования моста, имеющего опорную конструкцию, включающий следующие стадии:
крепление верхней и нижней плит к опорной конструкции для образования между ними полости и создания настила для моста;
впрыск в полость под давлением неотвержденного пластика или полимерного материала, тем самым пластик или неотвержденный материал отверждается с образованием компактного материала.
