Гибридное пролетное строение с предварительно напряженными балками из полимерного композиционного материала и железобетонной плитой поверху
Владельцы патента RU 2604539:
Государственное казенное учреждение Новосибирской области "Территориальное управление автомобильных дорог Новосибирской области" (RU)
Изобретение относится к мостостроению. Гибридное пролетное строение с предварительно напряженными балками из полимерного композиционного материала и железобетонной плитой поверху состоит как минимум, из двух одинаковых балок, соединенных поперечными связями и железобетонной плитой, включенной в работу балок с помощью металлических упоров. Балки выполнены из полимерного композиционного материала и формируются каждая из полимерных композиционных профилей, расположенных в два или три яруса, имеющих стенку и две полки каждый, связанных друг с другом по плоскостям прилегания и соединенных поперечными связями, выполненными в виде диафрагм из полимерных композиционных профилей. Ярусы при изготовлении балок предварительно выгибают для создания строительного подъема и предварительного напряжения и объединяют в готовую балку в выгнутом положении. Балки разделяются стыками на секции длиной, составляющей часть длины пролета, а строительный подъем балок создается за счет переломов их профиля в местах стыкования и предварительного выгиба секций в пределах их длины или без предварительного выгиба. Применение для гибридного пролетного строения в качестве материала балок полимерного композиционного материала снижает вес конструкции, облегчает опоры моста, удешевляет транспортные и строительные операции. Применение одинаковых балок в качестве конструктивного элемента пролетного строения, позволяет получить простую конструкцию с минимальным числом разнотипных монтажных элементов. Ярусное членение балок позволяет проектировать их из стандартных композиционных профилей. Использование диафрагм в качестве поперечных связей между балками дает возможность составлять диафрагмы из таких же композиционных профилей, как и балки. Предварительный выгиб ярусов балок с целью создания строительного подъема и соединение ярусов друг с другом в выгнутом состоянии создает предварительное напряжение в балках, что позволяет уменьшить суммарные напряжения от всех нагрузок и за счет этого уменьшить расход материала. Членение балок на отдельные секции, длина которых составляет часть длины пролета, позволяет организовать их доставку в труднодоступные районы страны любым видом транспорта. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к мостостроению и может быть использовано в конструкциях автодорожных и пешеходных мостов и путепроводов, в которых основные несущие элементы пролетных строений выполнены из полимерных композиционных материалов.
Известны и широко применяются при строительстве автодорожных мостов разрезные сталежелезобетонные пролетные строения с пролетами до 63 м, которые являются гибридными пролетными строениями с металлическими балками и железобетонной плитой проезжей части, включенной в работу верхних поясов балок. Конструкция их приведена в книге Протасова К.Г. и др. «Металлические мосты», изд. Транспорт, 1973, стр. 38- 41. Пролетное строение данного типа имеет сварные металлические балки двутаврового сечения, связанные друг с другом поперечными и продольными связями и плитой проезжей части поверху. Плита включается в работу верхних поясов балок с помощью металлических упоров.
Известны два типа поперечных сечений сталежелезобетонных пролетных строений (см. «Проектирование металлических мостов» под ред. А.А. Петропавловского, изд. Транспорт, 1982, стр. 41):
1) с числом балок две, они имеют значительную высоту и поставлены на расстоянии, близком к размеру габарита проезжей части;
2) многобалочное, с числом балок четыре, шесть или больше, пониженной высоты и чаще поставленных.
В первом случае пролетное строение имеет, наряду с двумя балками, которые считаются главными, дополнительно небольшие продольные балки (прогоны), расположенные между ними, опирающиеся на поперечные связи и уменьшающие пролет железобетонной плиты.
Достоинством обоих вариантов является снижение расхода металла по сравнению с негибридными пролетными строениями за счет включения железобетонной плиты проезжей части в работу верхних поясов балок.
В обоих вариантах балки (и прогоны, если они есть) разделяются поперечными швами на монтажные элементы полной высоты с длиной до 10--15 м, вписанные в габариты дорог для перевозки. Монтажные элементы стыкуются на заклепках или болтах на месте строительства. Недостатком обоих вариантов является большой вес пролетных строений, усложняющий установку конструкций в пролет. Значительный вес и габариты имеют и монтажные блоки, особенно в пролетных строениях первого типа, что в ряде случаев исключает возможность доставки их к месту строительства. Сложным является создание строительного подъема по единой плавной кривой.
В качестве прототипа для предлагаемого технического решения выбрано пролетное строение второго типа, с несколькими одинаковыми балками (в пешеходных мостах - с двумя или более) и без прогонов. Пролетное строение-прототип имеет кроме балок поперечные связи, соединяющие балки друг с другом и железобетонную плиту проезжей части, расположенную сверху и включенную в работу верхних поясов балок. Оно может иметь также горизонтальные связи в уровне нижних поясов. Достоинства прототипа - пониженная высота балок и пониженный вес монтажных блоков по сравнению с вариантом, имеющим две главные балки с прогонами. Недостатками, несмотря на эти достоинства, остаются все еще значительный вес монтажных элементов, значительная высота при больших пролетах, сложность использования в сечениях балок стандартных профилей проката, невозможность или сложность создания строительного подъема по плавной кривой, а также большой общий вес пролетного строения, осложняющий его установку в пролет.
Использование для балок стандартных профилей проката применялось в конструкциях металлических мостов (не гибридных), при этом балки расчленялись на монтажные блоки не только по длине, но и по высоте (книга Г.К. Евграфова и Н.Н. Богданова «Проектирование мостов», изд. Транспорт, 1966, стр. 448, рис. XIII.I, в). Это решение, несколько увеличивая общий вес пролетного строения, позволяло иметь монтажные блоки значительно меньшего веса и габарита, чем у балок, не члененых по высоте. Существенно увеличивалась устойчивость стенок балок, не требовалась установка продольных ребер жесткости. Остальные недостатки, отмеченные в прототипе, сохранялись, но балки, члененые по высоте, приобрели свой серьезный недостаток: это сложность совмещения болтовых (заклепочных) отверстий, сделанных на заводе для объединения верхних и нижних монтажных блоков, что вело к рассверловке отверстий и снижало надежность конструкции.
Целью предлагаемого технического решения является значительное уменьшение веса пролетного строения, упрощение его конструкции, трудоемкости изготовления и доставки к месту строительства, применение в качестве исходных изделий стандартных профилей и создание строительного подъема балок по плавной кривой.
Для достижения указанного технического результата гибридное пролетное строение с предварительно напряженными балками из полимерного композиционного материала и железобетонной плитой поверху состоит как минимум из двух одинаковых балок, соединенных поперечными связями и железобетонной плитой, включенной в работу балок с помощью металлических упоров, при этом балки выполнены из полимерного композиционного материала и формируются каждая из полимерных композиционных профилей, расположенных в два или три яруса, имеющих стенку и две полки каждый, связанных друг с другом по плоскостям прилегания и соединенных поперечными связями, выполненными в виде диафрагм из полимерных композиционных профилей, а ярусы при изготовлении балок предварительно выгибают для создания строительного подъема и предварительного напряжения и объединяют в готовую балку в выгнутом положении. Балки разделяются стыками на секции длиной, составляющей часть длины пролета, а строительный подъем балок создается за счет переломов их профиля в местах стыкования и предварительного выгиба секций в пределах их длины или без предварительного выгиба.
Особенности технического решения, являющиеся ее отличительными признаками, дают следующий технический эффект. Применение для гибридного пролетного строения в качестве материала балок полимерного композиционного материала снижает вес конструкции, облегчает опоры моста, удешевляет транспортные и строительные операции. Применение одинаковых балок в качестве конструктивного элемента пролетного строения, позволяет получить простую конструкцию с минимальным числом разнотипных монтажных элементов. Ярусное членение балок позволяет проектировать их из стандартных композиционных профилей. Использование диафрагм в качестве поперечных связей между балками дает возможность составлять диафрагмы из таких же композиционных профилей, как и балки. Предварительный выгиб ярусов балок с целью создания строительного подъема и соединение ярусов друг с другом в выгнутом состоянии создает предварительное напряжение в балках, что позволяет уменьшить суммарные напряжения от всех нагрузок и за счет этого уменьшить расход материала. Членение балок на отдельные секции, длина которых составляет часть длины пролета, позволяет организовать их доставку в труднодоступные районы страны любым видом транспорта.
Конструкция изобретения иллюстрируется чертежами на фиг. 1, 2 и 3. Фиг. 1 - схема пролетного строения с двухъярусными балками, фиг. 2 - поперечный разрез пролетного строения, фиг. 3 - варианты сечений двухъярусных балок, составленных из стандартных композитных профилей с использованием: а) двутавров, б) швеллеров, в) уголков и полосового материала, где 1 - верхний ярус, 2 - нижний ярус, болты - 3, объединяющие элементы главной балки, железобетонная плита-4, упоры-5, объединяющие балку с плитой, диафрагмы - 6, соединяющие балки друг с другом и служащие поперечными связями, f - строительный подъем балок.
Использование изобретения реализуется строительной организацией на основании соответствующего проекта. Изготовление балок организуется на базе строительной организации в закрытом помещении. Нижний ярус 2 балки монтируется в виде плети на устройстве выгиба, состоящем из нескольких опор, верх которых расположен на выпуклой линии, позволяющей задать строительный подъем. Отдельные профили, из которых состоит плеть, соединяются друг с другом, при необходимости стыкуются по длине и специальными захватами притягиваются к опорам устройства выгиба. Верхний ярус 1 монтируется на нижнем ярусе 2 и также выгибается, повторяя очертание нижнего яруса 2. В этом виде ярусы скрепляются друг с другом болтами 3, образуя балку. После снятия с устройства выгиба балка теряет часть созданного строительного подъема f. Оставшаяся часть строительного подъема f должна быть достаточной для удовлетворения требований норм, применяемых к готовым конструкциям. Перед отправкой балок на место строительства на них монтируются устройства объединения с железобетонной плитой 4 (металлические упоры).
Готовые балки доставляются на место строительства, объединяются поперечными связями попарно или по три, в зависимости от грузоподъемности кранового оборудования, и устанавливаются в пролет, где монтируется опалубка, укладывается арматура и бетонируется плита. Строительные работы завершаются устройством покрытия железобетонной плиты 4 и устройств безопасности, а на пешеходном мосту может быть предусмотрено и смонтировано ограждение, защищающее пешеходов при неблагоприятных погодных условиях.
1. Гибридное пролетное строение с предварительно напряженными балками из полимерного композиционного материала и железобетонной плитой поверху, состоящее, как минимум, из двух одинаковых балок, соединенных поперечными связями и железобетонной плитой, включенной в работу балок с помощью металлических упоров, отличающееся тем, что балки выполнены из полимерного композиционного материала и формируются каждая из полимерных композиционных профилей, расположенных в два или три яруса, имеющих стенку и две полки каждый, связанных друг с другом по плоскостям прилегания и соединенных поперечными связями, выполненными в виде диафрагм из полимерных композиционных профилей, а ярусы при изготовлении балок предварительно выгибают для создания строительного подъема и предварительного напряжения и объединяют в готовую балку в выгнутом положении.
2. Гибридное пролетное строение с предварительно напряженными балками из полимерного композиционного материала и железобетонной плитой поверху по п. 1, отличающееся тем, что балки разделяются стыками на секции длиной, составляющей часть длины пролета, а строительный подъем балок создается за счет переломов их профиля в местах стыкования и предварительного выгиба секций в пределах их длины или без предварительного выгиба.
