Межстыковой компенсатор напряжений и мостовое сооружение

Полезная модель относится к области строительства, а точнее к элементам конструкций металлических мостов, преимущественно для пролетных строений автодорожных и железнодорожных мостов. Предложен межстыковой компенсатор напряжений для установки между металлическими пластинами ортотропных плит пролетных строений (МПОТ) в зоне роспусков на пересечении продольных и поперечных сварных швов между МПОТ, содержащий (компенсатор) металлические пластины (МП), сваренные между собой по торцам таким образом, что вместе они образуют перемычку с ромбовидным поперечным сечением (МКН), привариваемую по существу по нормали к МПОТ. Технический результат - разгрузка мест концентрации напряжений в сварных швах между элементами ортотропных плит.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ

Группа полезных моделей относится к области строительства, а точнее к элементам конструкций металлических мостов, преимущественно для пролетных строений автодорожных и железнодорожных мостов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно, что сварные швы в сварных соединениях несущих металлоконструкций ответственного назначения, в частности, полетных строений автодорожных и железнодорожных мостов, являются концентраторами напряжений. Концентраторы напряжений отрицательно влияют на предел выносливости и эксплуатационную надежность несущих металлоконструкций, особенно при циклических нагрузках, в условиях сложного напряженного состоянии в процессе эксплуатации.

Металлоконструкции пролетных строений автодорожных и железнодорожных мостов при монтажной сборке и сварке имеют слабое звено, а именно так называемые «кресты» и «полукресты» - места взаимного пересечения (в одной плоскости) продольных и поперечных сварных швов. Эти сварные швы расположены, преимущественно, между листовым настилом ортотропных плит, а также между балками и консолями.

Образование дефектов в указанных местах при надвижке, сварке и монтаже пролетных строений влечет непроизводительные расходы материала и требует повторного выполнения монтажных и сварочных работ.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Терминам и выражениям, используемым в настоящем тексте, придают следующее значение.

Кресты - Х-образные пересечения сварных швов между элементами ортотропных плит в одной плоскости.

Полукресты - Т-пересечения сварных швов между элементами ортотропных плит.

Металлические пластины ортотропных плит (МПОП) - элементы листового настила или другие элементы ортотропных плит, имеющие сварные швы в виде «крестов» и «полукрестов».

Остальные термины и выражения используются в обычном для своего контекста и данной области техники смысле, который хорошо известен специалистам и не требует пояснений.

Полезные модели решают задачу по разгрузке мест взаимного пересечения продольных и поперечных сварных швов, расположенных в одной плоскости, от возникающих сварочных и других напряжений. Полезные модели также решают задачу расширения арсенала средств, позволяющих компенсировать напряжения, возникающие на пересечении продольных и поперечных сварных швов между элементами ортотропных плит.

Технический результат, проявляющийся при осуществлении (или использовании) полезных моделей, состоит в том, что как было обнаружено, установка компенсатора предлагаемой конструкции после сварки «крестов» и «полукрестов», снижает напряжения в этих концентраторах напряжений таким образом, что перераспределенные напряжения не приводят к образованию дефектов типа трещин и других несплошностей конструкционных элементов в зоне сварных швов.

Указанный результат достигается благодаря тому, что межстыковой компенсатор напряжений (далее - «компенсатор») для установки между металлическими пластинами ортотропных плит пролетных строений (МПОТ) в зоне роспусков на пересечении продольных и поперечных сварных швов между МПОТ, содержит (компенсатор) металлические пластины (МП), сваренные между собой по торцам таким образом, что вместе они образуют перемычку с ромбовидным поперечным сечением (МКН), привариваемую по существу по нормали к МПОТ.

Поставленная задача решается за счет всей совокупности признаков компенсатора, в то время как вышеупомянутый технический результат достигается за счет выполнения компенсатора в виде ромбической в поперечном сечении перемычки, сваренной из металлических пластин и устанавливаемой параллельно элементам ортотропных плит в зоне пересечения сварных швов между ними.

В частной форме воплощения компенсатора, размеры МП выбраны в зависимости от напряжений и деформаций в элементах пролетных строений при монтаже и (или) сварке, предпочтительно, в зависимости от напряжений и деформаций, измеренных методами магнитного контроля, в частности по коэрцитивной силе.

В еще одной частной форме воплощения компенсатора МКН выполнен приваренным к МПОТ посредством однопроходной односторонней сварки прерывистым швом с раскладкой валиков в шахматном порядке.

В другой частной форме воплощения компенсатора толщина МП составляет от 11 мм (включительно) до 25 мм (включительно).

В частной форме воплощения компенсатора толщина МП составляет от 90 до 110% от толщины МПОТ, к которым они приварены.

В одной из предпочтительных форм воплощения компенсатора МКН выполнен приваренным к МПОТ таким образом, что большая диагональ МКН располагается по существу параллельно стыку сварного соединения.

В еще одной из предпочтительных форм воплощения компенсатора МКН выполнен приваренным к МПОТ таким образом, что большая диагональ МКН располагается по существу параллельно поперечному стыку сварного соединения МПОТ, в случае стыковки МПОТ посредством продольной надвижки.

В другой предпочтительной форме воплощения компенсатора МКН выполнен приваренным к МПОТ таким образом, что большая диагональ МКН располагается по существу параллельно продольному стыку сварного соединения МПОТ, в случае стыковки МПОТ посредством поперечной надвижки.

В предпочтительной форме воплощения компенсатора МКН выполнен приваренным к МПОТ таким образом, что двугранные углы между смежными МП, их которых состоит МКН, располагаются на расстоянии в плане от швов между МПОТ.

В еще одной предпочтительной форме воплощения компенсатора МП выполнены с продольными гофрами, с приварными или выполненными воедино с МП ребрами.

Указанный результат также проявляется в мостовом сооружении, содержащем металлические пластины ортотропных плит пролетных строений (МПОТ), благодаря тому, что оно (сооружение) содержит вышеописанный межстыковой компенсатор напряжений в зоне роспусков на пересечении продольных и поперечных сварных швов.

В частной форме выполнения на каждый из упомянутых швов установлен, по меньшей мере, один компенсатор.

Указанный результат также проявляется в способе монтажа мостового сооружения, в котором до осуществления надвижки пролетных строений, содержащих металлические пластины ортотропных плит (МПОТ), в зоне роспусков на пересечении продольных и поперечных сварных швов между МПОТ приваривают вышеописанные компенсаторы.

В частной форме осуществления размеры МП выбирают с учетом напряжений и деформаций в элементах пролетных строений мостового сооружения при монтаже и (или) сварке, которые, предпочтительно, измеряют методами магнитного контроля, в частности по коэрцитивной силе.

В еще одной частной форме осуществления упомянутые компенсаторы приваривают к МПОТ до заварки швов между ними (МПОТ).

Вышеуказанный технический результат также проявляется в процессе применения металлических пластин (МП), сваренных между собой по торцам таким образом, что вместе они образуют фигуру с ромбовидным поперечным сечением (МКН), в качестве межстыкового компенсатора напряжений для установки между металлическими пластинами ортотропных плит пролетных строений (МПОТ) в зоне роспусков пересечения продольных и поперечных сварных швов между МПОТ.

Необходимо понимать, что в настоящем тексте полезные модели охарактеризованы только такими признаками, которые достаточны для решения поставленной задачи, реализации назначения и достижения технического результата. Специального упоминания всех без исключения признаков и утилитарных характеристик полезных моделей не требуется, если специалистам и без того очевидно, что в отсутствие оных, полезные модели, а равно и их прототипы или аналоги, не могут решить поставленные задачи или реализовать свое назначение в полной мере. Тем более не требуется ограничивать обобщенные признаки какими-то конкретными вариантами, если таковые должны быть известны специалистам и (или) могут быть подобраны ими по известным правилам.

При этом каждое из вышеупомянутых полезных моделей может обладать особенностями любой одной или нескольких из описанных в настоящем тексте частных и предпочтительных форм выполнения или осуществления, при условии логической и технической совместимости этих особенностей с особенностями самих полезных моделей и друг с другом.

Вышеописанные полезные модели могут применяться для решения некоторых проблем прочности сварных швов пролетных строений автодорожных и железнодорожных мостов, предпочтительно - для защиты «крестов» и «полукрестов» во время монтажа стальных мостов, как способом надвижки, так и в проектном положении.

Конструкция и использование устройства наглядно иллюстрируется фигурой 1 на примере частных и конкретных вариантов воплощения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 схематично показан разрез ортотропной плиты с установленным компенсатором, вид сбоку (ортотропная плита ориентирована горизонтально).

На фиг.2 показан вид по стрелке A на фиг.1, т.е. вид снизу на ортотропную плиту с установленным компенсатором в зоне «крестов».

На фиг.3 показано сечение B-B.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Нижеследующие примеры даются только для иллюстрации преимуществ, принципов конструирования, работы и использования компенсатора; ничто в настоящем разделе не должно быть истолковано как ограничение объема притязаний.

Компенсатор содержит четыре металлические пластины, вырезанные из стального листа толщиной, предпочтительно 14 мм. Пластины соединены между собой дуговой сваркой по ширине (высоте) таким образом, что образуют фигуру с ромбическим поперечным сечением. Размер пластин по длине и ширине выбирают с учетом напряженно-деформированного состояния при монтажной сборке и сварке элементов мостовой металлоконструкции.

Указанный технический результат достигается эффективной «защитой» проблемных мест сварных соединений от напряжений, прежде всего, правильным выбором геометрических размеров компенсатора, обеспечивающих достаточную «жесткость» его конструкции. Выбор соотношений между геометрическими размерами компенсатора осуществляется по следующей формуле:

L/h=5,75-0,125·(1)

где:

L - длина стороны ромба, мм;

h - высота ребра ромба (ширина полосы), мм;

- толщина листа, мм.

По формуле (1) можно рассчитать (определить) геометрические размеры компенсатора по заданным значениям толщины листа и длине ребра ромба - «базового» варианта компенсатора (фиг.1).

После определения соотношений геометрических размеров компенсатора следует правильно установить компенсатор по стыку сварного соединения.

Выбор места установки компенсатора осуществляется по результатам предварительного замера значений коэрцитивной силы (Hc) в околошовной зоне роспуска сварного стыкового соединения.

Определение размеров компенсатора, способного противостоять напряжениям, возникающим при монтажной стыковой сварке «крестов» и «полукрестов», выполняют по предложенной нами формуле:

а=1,39×(9500×Hc) ^½, (2)

где:

а - длина главной (базовой) установочной диагонали ромба компенсатора, мм;

Hc - среднее значение замеров значений коэрцитивной силы в околошовной зоне роспусков стыковых соединений, А/см.

Длину «большой» диагонали ромба компенсатора определяют по формуле:

в/а=1,44 (3)

где:

в - длина большой «рабочей» диагонали ромба компенсатора, мм.

Расчеты и испытания показывают, что размеры и форма компенсатора обеспечивают необходимые прочность и жесткость необходимые, чтобы оказать сопротивление напряжениям, возникающим в «крестах» и «полукрестах» при их сварке.

Таким образом, в данном элементе и в самой металлоконструкции в целом, достигается напряженно-деформированное состояние, которое не способствует образованию трещин в «крестах» и «полукрестах» при последующей надвижке, а также при дальнейшей эксплуатации в проектном положении.

После определения геометрических размеров, четыре компенсатора устанавливают параллельно зоне роспуска стыкового шва - по одному на каждый «крест» или «полукрест». Предпочтительнее, устанавливать компенсаторы не хаотично, а с учетом предварительных замеров Hc, причем в роспусках, отличающихся высокими средними значениями замеров Hc. Таких роспусков должно быть, как минимум, четыре.

Устанавливают компенсатор по отношению к соответствующему стыку таким образом, чтобы стык находился параллельно «рабочей» диагонали компенсатора. По отношению к стыковым соединениям ортотропной плиты необходимо соблюдать, чтобы «рабочая» диагональ ромба компенсатора была параллельно продольному стыку (при выполнении поперечной надвижки) и, наоборот, параллельно поперечному стыку, при последующей продольной надвижке.

ПРИМЕР

Для апробации использовали пластины с L5=70 мм длиной 280 мм, толщиной 14 мм (см. фиг.1-3). Компенсатор устанавливали таким образом, что смещение двугранных углов L3 и L1 составило 30 и 40 мм, а длина проекции L2 компенсатора на шов N3 (C18 РД+АФ согласно ГОСТ 5264, ГОСТ 8713) ортотропной плиты - 315 мм. Листы ортотропных плит имели толщину 14 мм. Пластины компенсатора расположены по существу по нормали к листам ортотропных плит. Пластины сварены между собой швами N1 (У1 согласно ГОСТ 14771-76), а с ортотропными плитами - однопроходной дуговой сваркой двусторонним прерывистым швом с раскладкой валиков в шахматном порядке (швами N2, т.е. 12 Т3 согласно ГОСТ 14771-76). Установка компенсатора в зоне продольных и поперечных сварных швов после сварки «крестов» и «полукрестов» повышает сопротивление растягивающим и сжимающим напряжениям, которым подвергаются листы ортотропной плиты при дальнейшей деформационной нагрузке. Измеренная коэрцитивная сила (Hc) в «крестах» и «полукрестах» при выполнении сварки без установки компенсатора составляет 7,5÷8,0 А/см, а в случае предварительной установки компенсаторов 6,6÷7,5 А/см, что равнозначно напряжениям () 350÷400 МПа и 250÷350 МПа, соответственно. Таким образом, компенсаторы позволяют снизить средние напряжения на 25%, что повышает стойкость металлоконструкций к возникновению трещин при надвижке и надежность при эксплуатации. Результаты сравнительных испытаний представлены в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1
Показатели эффективности компенсатора согласно полезной модели
стыка «креста»	С компенсатором МКН-1	Без компенсатора МКН-1
Значения Hc, А/см
До надвижки	После надвижки	До надвижки	После надвижки
	Результат
УЗК без недопустимых дефектов	Недопустимых дефектов при УЗК не обнаружено	УЗК без недопустимых дефектов	Недопустимые дефекты в виде надрывов и др. несплошностей
1
	Результат
2	УЗК без недопустимых дефектов	Недопустимых дефектов при УЗК не обнаружено	УЗК без недопустимых дефектов	УЗК без недопустимых дефектов
	Результат
3	УЗК без	Недопустимых дефектов при	УЗК без недопустимых	Недопустимые дефекты в виде

	недопустимых дефектов	УЗК не обнаружено	дефектов	продольных трещин
4	Результат
УЗК без недопустимых дефектов	Недопустимых дефектов при УЗК не обнаружено	УЗК без недопустимых дефектов	Недопустимые дефекты в виде надрывов и др. несплошностей

Вышеприведенное описание следует толковать лишь как примерное (иллюстративное), не претендующее на описание всех и (или) каждого из возможных вариантов выполнения или осуществления полезных моделей, ибо такое описание было бы невыполнимым.

Вышеописанные полезные модели можно реализовать на практике самыми различными способами, в том числе посредством замены их (полезных моделей) существенных признаков какими-либо известными эквивалентами, или эквивалентами, которые только станут известны в будущем. Все такие модификации настоящих полезных моделей будут подпадать под охрану, гарантированную нижеприведенной формулой полезной модели.

1. Межстыковой компенсатор напряжений для установки между металлическими пластинами ортотропных плит пролетных строений (МПОТ) в зоне роспусков на пересечении продольных и поперечных сварных швов между МПОТ, содержащий (компенсатор) металлические пластины (МП), сваренные между собой по торцам таким образом, что вместе они образуют перемычку с ромбовидным поперечным сечением (МКН), привариваемую по существу по нормали к МПОТ.

2. Компенсатор по п.1, в котором размеры МП выбраны в зависимости от напряжений и деформаций в элементах пролетных строений при монтаже и (или) сварке, предпочтительно, в зависимости от напряжений и деформаций, измеренных методами магнитного контроля, в частности по коэрцитивной силе.

3. Компенсатор по п.1, в котором МКН выполнен приваренным к МПОТ посредством однопроходной односторонней сварки прерывистым швом с раскладкой валиков в шахматном порядке.

4. Компенсатор по п.1, в котором толщина МП составляет от 11 мм (включительно) до 25 мм (включительно).

5. Компенсатор по п.1, в котором толщина МП составляет от 90 до 110% от толщины МПОТ, к которым они приварены.

6. Компенсатор по любому из пп.1-5, в котором МКН выполнен приваренным к МПОТ таким образом, что большая диагональ МКН располагается по существу параллельно стыку сварного соединения.

7. Компенсатор по любому из пп.1-5, в котором МКН выполнен приваренным к МПОТ таким образом, что большая диагональ МКН располагается по существу параллельно поперечному стыку сварного соединения МПОТ, в случае стыковки МПОТ посредством продольной надвижки.

8. Компенсатор по любому из пп.1-5, в котором МКН выполнен приваренным к МПОТ таким образом, что большая диагональ МКН располагается по существу параллельно продольному стыку сварного соединения МПОТ, в случае стыковки МПОТ посредством поперечной надвижки.

9. Компенсатор по любому из пп.1-5, в котором МКН выполнен приваренным к МПОТ таким образом, что двугранные углы между смежными МП, из которых состоит МКН, располагаются на расстоянии в плане от швов между МПОТ.

10. Компенсатор по любому из пп.1-5, в котором МП выполнены с продольными гофрами, с приварными или выполненными воедино с ними (МП) ребрами.

11. Мостовое сооружение, содержащее металлические пластины ортотропных плит пролетных строений (МПОТ) и межстыковой компенсатор напряжений по любому из пп.1-10, установленный между ними (МПОТ) в зоне роспусков на пересечении продольных и поперечных сварных швов.

12. Сооружение по п.11, в котором на каждый из упомянутых швов установлен, по меньшей мере, один компенсатор.