Опорный узел для сооружений из металлических гофрированных конструкций



Опорный узел для сооружений из металлических гофрированных конструкций
Опорный узел для сооружений из металлических гофрированных конструкций
Опорный узел для сооружений из металлических гофрированных конструкций
Опорный узел для сооружений из металлических гофрированных конструкций

 


Владельцы патента RU 2633019:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к области строительства, в частности к элементам сопряжения сооружений из металлических гофрированных конструкций (МГК) с фундаментами и может быть использовано при возведении арочных грунтозасыпных мостов, тоннелей, скотопрогонов, а также специальных сооружений, таких как снего- или лавинозащитных галерей и других. Опорный узел для арочных грунтозасыпных сооружений из металлических гофрированных конструкций включает опорный швеллер, устанавливаемый на фундамент и прикрепляемый к нему с помощью анкерных болтов; устройство между фундаментом и швеллером двух слоев фторопласта-4; опорный уголок, подпирающий одной стороной опорный швеллер через упругие прокладки из силиконовой резины и прикрепленный другой стороной к фундаменту с помощью анкерных болтов; ПВХ-ткань, защищающую узел, один край которой закреплен между основанием арки и опорным швеллером, соединенными между собой болтами, а другой край крепится с помощью прижимной планки к опорному уголку на заклепки. С одной стороны упругий опорный узел конструктивно ограничен пазом в фундаменте и креплением опорного швеллера, с другой стороны упругий опорный узел ограничен опорным уголком. Технический результат состоит в повышении несущей способности оболочек из МГК, обеспечении возможности регулирования внутренних напряжений конструкции. 1 табл., 5 ил.

 

Область применения

Изобретение относится к области строительства, в частности к элементам сопряжения сооружений из металлических гофрированных конструкций (МГК) с фундаментами. Данное техническое решение может быть использовано при возведении арочных грунтозасыпных мостов, тоннелей, скотопрогонов, а также специальных сооружений, таких как снего- или лавинозащитные галереи, и других.

Уровень техники

Сооружения из металлических гофрированных конструкций представляют собой оболочки, собранные из гнутых волнистых металлических оцинкованных листов толщиной 3-7 мм. Как правило, такие структуры засыпаются грунтом и работают совместно с ним. В практике строительства используются как трубы диаметром до 3 м (для пропуска воды), так и замкнутые и незамкнутые сооружения различных очертаний пролетом до 20 и более метров. Данное техническое решение ориентировано на арочные незамкнутые структуры пролетом 3 и более метров.

Для шарнирного соединения гофрированной арки с фундаментом применяются гнутые, сварные или прокатные металлические швеллеры или уголки толщиной, равной толщине гофра, но не менее 5 мм. Швеллер или уголок устанавливается под наклоном, соответствующим наклону нижней кромки опорного гофрированного листа. Данная конструкция крепления арки к фундаментам применяется повсеместно как в России, так и за рубежом. Стандартный узел крепления показан на фиг. 1.

В 2007 году был опубликован патент на полезную модель №60100 [Крепление арки из металлических гофрированных конструкций к фундаменту (варианты) // Заявитель и патентообладатель: Волков А.А., дата публикации патента 10.01.2007, начало действия патента 03.04.2006], который предлагает расширить возможные способы крепления гофрированной арки к фундаментам еще двумя вариантами.

Первый вариант предполагает закрепление к основанию арки опорных кронштейнов, обеспечивающих жесткое крепление арки к фундаменту. Крепление кронштейнов осуществляется болтовыми соединениями и прижимами, обеспечивающими удельное давление, не превышающее критическое для устойчивости гофров (фиг. 2).

Применение данной модели, по словам автора патента, увеличивает в пять раз прочность (устойчивость) сооружений арочного типа из МПС.

Второй вариант крепления гофрированной арки к фундаментам характеризуется тем, что к каждой секции арки жестко закреплены две пары труб с радиусом гофра арки или с накладками. Соединение осуществляется болтами и прижимами, обеспечивающими удельное давление, не превышающее критическое для устойчивости гофров и труб (фиг. 3).

Применение второго варианта позволяет получить такой же эффект, как и применение кронштейнов, а также позволяет вести монтажные работы под защитой установленных секций. Это особенно важно при работах в горах. Одновременно трубы позволяют увеличить высоту арки без увеличения веса МГК или бетона.

Однако, несмотря на все преимущества, все три варианта крепления арки из МГК к фундаментам имеют существенный недостаток - они являются абсолютно жесткими, а значит, ограничивают естественную гибкость конструкции, равномерное перераспределение усилий в оболочке и ее совместную работу с грунтом засыпки. Таким образом, в арке концентрируются внутренние напряжения в наиболее опасных участках и снижается результирующая несущая способность конструкции в целом.

Техническим результатом предлагаемого решения является увеличение несущей способности оболочек из МГК и возможность регулирования внутренних напряжений конструкции.

Достижение технического результата обеспечивается за счет введения податливости в узлах опирания арок из металлических гофрированых конструкций. Упругий узел включает в себя:

- элементы стандартного жесткого узла опирания: опорный швеллер, крепящийся к фундаменту анкерными болтами, непосредственно арка из МГК,

- опорный уголок для создания отпора в горизонтальном направлении, крепящийся анкерными болтами к фундаменту,

- упругие прокладки из силиконовой резины, расположенные между опорным швеллером и опорным уголком,

- 2 слоя фторопласта-4, обеспечивающие скольжение опорного швеллера относительно фундамента,

- ПВХ-ткань, защемленная с одной стороны между опорным швеллером и основанием арки, с другого конца крепящаяся к опорному уголку прижимной планкой на заклепках.

Раскрытие сущности

Заявляемое техническое решение представляет собой опорный узел арки из МГК с включением в него упругих прокладок 12 из силиконовой резины, устраиваемых между опорным швеллером 3, к которому крепится основание арки 5, и опорным уголком 14, который крепится к фундаменту 1 посредством анкерных болтов 2. Для защиты узла от попадания грунта и иных посторонних предметов он закрывается ПВХ-тканью 11, которая с одного края защемляется между опорным швеллером 3 и основанием арки 5, а с другого - крепится к опорному уголку 14 с помощью прижимной планки на заклепках 13. Для обеспечения скольжения опорного швеллера 3 относительно фундамента 1 используется антифрикционный материал типа тетрафторэтилена фторопласт-4 15 толщиной 1 слоя 0,3-0,5 мм (фиг. 4).

Минимальная жесткость резины 1000 т/м2, поэтому, чтобы обеспечить жесткость узла 500 и 200 т/м2, необходимо проложить упругую прокладку 13 не по всей длине опорного швеллера 17, а с соответствующими промежутками.

С одной стороны упругий опорный узел конструктивно ограничен соответствующим пазом в фундаменте 1 и креплением опорного швеллера 3 с удлиненными вдоль перемещений по горизонтальной оси отверстиями под анкерные болты 2. Первоначально опорный швеллер 3 необходимо плотно закрепить гайками к анкерным болтам 2, после окончательного устройства арки и опорных узлов гайки следует ослабить, чтобы обеспечить беспрепятственное перемещение опорного узла вдоль горизонтальной оси.

С другой стороны узел ограничен опорным уголком 14. Для обеспечения прочности необходима проверка на срез анкерных болтов 2 крепления уголка к фундаменту 1.

Эффективность применения упругих опорных узлов будет различна для каждого конкретного случая в зависимости от пролета сооружения, характеристик грунта и толщины оболочки из МГК. В качестве примера в программном комплексе «Лира» рассчитана арка пролетом 8 метров, шириной 3 метра, с гофролистом 140 толщиной 5 мм при различных вариантах упругости опорных узлов. Модули упругости грунта приняты 18 и 30 МПа. В качестве временной нагрузки рассмотрены нагрузки от автомобильного и железнодорожного транспорта. Результаты расчетов представлены в таблице 1 и фиг. 5.

Как видно из результатов расчета, создание упругих опорных узлов позволило увеличить несущую способность арочной гофрированной оболочки на 33,3-133,3%.

Чтобы рассчитать конструкцию упругого узла необходимо выбрать соответствующее количество упругих прокладок соответствующих размеров с промежутками между ними таким образом, чтобы результирующее горизонтальное перемещение было равным одному из рассчитанных перемещений по оси X из таблицы 1. В качестве примера принята арка под временной нагрузкой от железнодорожного транспорта с модулем упругости опорных узлов 500 т/м и модулем упругости грунта 18 МПа. В этом случае горизонтально перемещение опорного узла получилось равным 28 мм.

Принято семь прокладок из силиконовой резины модулем упругости 1000 т/м2, высотой b=0,075 м, толщиной t=0,08 м, длиной 1=0,075 м. Промежутки между прокладками получились равными 0,413 м (6 штук). По данным расчета в программном комплексе «Лира» поперечное усилие Q при максимальной высоте засыпки 5 м и временной нагрузке от железнодорожного транспорта равняется 14 т. Таким образом, по формуле получим

где Δ - изменение толщины прокладки после деформации, м;

Q - горизонтальное усилие в опорном сечении арки, т;

t - толщина прокладки, м;

Е - модуль упругости прокладки, т/м2;

F - площадь прокладки, м2.

Порядок возведения оболочки с упругими опорными узлами может выглядеть следующим образом:

1. Устройство фундаментов 1.

2. В соответствующем пазе фундамента 1 устраивается один слой фторопласта-4 15.

3. К фундаментам 1 крепятся опорные швеллеры 3 и опорные уголки 14. Нижняя поверхность опорного швеллера 3 предварительно покрывается одним слоем фторопласта-4 15 для обеспечения беспрепятственного скольжения.

4. В пазы между опорными швеллерами 3 и опорными уголками 14 устанавливаются упругие прокладки 12 из силиконовой резины с соответствующим шагом, не перекрывая отверстия под анкерные болты 2.

5. Монтируется арка, предварительно между аркой и опорным швеллером 3 закрепляется один край ПВХ-ткани 11 соответствующей ширины.

6. Прокладки 12 из силиконовой резины закрываются свободной частью ПВХ-ткани 11, другой ее конец крепится с помощью прижимной планки 13 к опорному уголку 14 на заклепки.

7. Арка засыпается грунтом на требуемую высоту.

Опорный узел для арочных грунтозасыпных сооружений из металлических гофрированных конструкций, включающий опорный швеллер, устанавливаемый на фундамент и прикрепляемый к нему с помощью анкерных болтов; устройство между фундаментом и швеллером двух слоев фторопласта-4; опорный уголок, подпирающий одной стороной опорный швеллер через упругие прокладки из силиконовой резины и прикрепленный другой стороной к фундаменту с помощью анкерных болтов; ПВХ-ткань, защищающую узел, один край которой закреплен между основанием арки и опорным швеллером, соединенными между собой болтами, а другой край крепится с помощью прижимной планки к опорному уголку на заклепки, при этом с одной стороны упругий опорный узел конструктивно ограничен пазом в фундаменте и креплением опорного швеллера, с другой стороны упругий опорный узел ограничен опорным уголком.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам возведения многоэтажных подземных сооружений различного назначения открытым способом, и может использоваться в промышленном строительстве.

Изобретение относится к горному и подземному строительству, в частности к конструкциям туннелей для автодорог, железных дорог и метрополитенов. Туннель для автодорог, железных дорог и метрополитенов с защитной обделкой, имеющий поперечное сечение в виде фигуры постоянной ширины.

Изобретение относится к строительству подземных сооружений и заглубленных частей зданий в различных инженерно-геологических условиях в плотной городской застройке в мегаполисах.

Изобретение относится к способу возведения подземного сооружения, при этом способ должен обеспечить по возможности надежный, быстрый монтаж подземного сооружения.

Изобретение относится к строительству, в частности к строительству тоннелей. Транспортный тоннель мелкого заложения в слабых водонасыщенных грунтах, образованный водонепроницаемой обделкой.

Изобретение относится к области подземного строительства, в частности к секциям подземных пешеходных переходов, и может быть использовано при сооружении подземных тоннелей различной протяженности, а также при сооружении компактных подземных объектов различного назначения (например, подземных туалетов, подземных торговых павильонов и т.п.).

Изобретение относится к области строительства, а именно к возведению подземных сооружений с внутренним креплением открытым способом. .

Изобретение относится к строительству подземных сооружений в стесненных городских условиях. .

Изобретение относится к транспортному строительству и может быть использовано при возведении тоннельных обделок транспортных тоннелей. .
Наверх