Пролетное строение моста
Пролетное строение моста может быть использовано в автодорожных мостах малых и средних пролетов. Пролетное строение содержит металлические главные балки двутаврового сечения. На верхних поясах главных балок жестко закреплен металлический листовой поддон. На верхней поверхности поддона полками приварены ребра жесткости в виде уголков. Концевые участки уголков, расположенные за пределами верхних поясов главных балок, соединены между собой по ширине поддона. По верху уголков уложены противоусадочная арматурная сетка и бетон плиты проезжей части. Предложенная конструкция пролетного строения обладает повышенной жесткостью листового поддона и равномерным распределением напряжений общего изгиба в поперечном направлении. Это позволило выполнить стенки главных балок сквозными и сэкономить высокопрочную сталь. Горизонтальные оси шестиугольных отверстий расположены выше горизонтальных осей главных балок. За счет этого снижены продольные напряжения в нижнем поясе главных балок и повышена их несущая способность. 1 н.з. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.
Полезная модель относится к мостостроению и может быть использована в сталежелезобетонных мостах с монолитной железобетонной плитой проезжей части, преимущественно автодорожных мостов малых и средних пролетов.
Известно пролетное строение моста, включающее продольные металлические главные балки двутаврового сечения со сплошной стенкой, металлический сборный из соединенных между собой секций плоский листовой поддон, жестко укрепленный на верхних поясах главных балок и снабженный укрепленными на его верхней поверхности ребрами жесткости, замоноличенную в поддоне бетонную плиту проезжей части с противоусадочной арматурой, поперечные связи с верхними поясами, ребра жесткости на каждой из секций плоского листового поддона размещены перпендикулярно продольной оси моста, и выполнены в виде уголков, причем концевые участки каждого уголка расположены над верхним поясом соответствующей главной балки, а обращенные друг к другу концевые участки каждого ребра жесткости смежных по ширине пролетного строения секций плоского металлического поддона объединены соединительным элементом. Причем каждое ребро жесткости приварено боковой гранью к поддону и обращено полкой к проезжей части [Авторское свидетельство №817128, Е01D 1/00, опубл. 30.03.81. Бюл. №12].
Недостаток известного пролетного строения заключается в значительной его материалоемкости, обусловленной необходимостью применения главных балок двутаврового поперечного сечения, имеющих сплошную стенку. Поскольку к металлическому поддону уголки приварены боковыми гранями к его верхней поверхности, он имеет пониженную жесткость поперечного изгиба плиты проезжей части с расчетным пролетом, равным расстоянию между главными балками. К недостаткам известной конструкции относится также пониженная жесткость сдвиговоспринимающих устройств - ребер жесткости, обеспечивающих совместную с главными балками работу на изгиб железобетонной плиты проезжей части, за счет того, что они приварены боковыми гранями к верхней поверхности металлического поддона.
В известных решениях по патентам на полезную модель №56411 и №56412 для снижения материалоемкости и массы пролетного строения главные балки двутаврового сечения выполнены сквозными. Шестиугольные отверстия в балках получены путем зигзагообразного трапецевидного реза сплошных балок и последующей сварки полученных частей по выступам разреза. В пролетных строениях по патентам №56411 и №56412 повышена также и жесткость листового поддона, который укреплен на верхних поясах главных
балок. Для этого уголковые ребра жесткости приварены на верхней поверхности листового поддона полками. Такое выполнение конструкции снижает постоянную нагрузку на главные балки. Для повышения несущей способности в пролетном строении по патенту №56412 нижняя часть главных балок выполнена из стали большей прочности, поскольку основная нагрузка приходится на нижнюю часть главных балок. Главные балки пролетного строения по патенту №56411 выполнены из сталей одной марки.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является пролетное строение моста по патенту на полезную модель №56411. Оно принято за прототип и включает продольные металлические главные балки двутаврового сечения, причем стенки главных балок выполнены сквозными, форма которых получена путем зигзагообразного трапециевидного разреза сплошной стенки двутавровой балки и сварки встык по выступам разреза с образованием отверстий, металлический плоский листовой поддон, жестко укрепленный на верхних поясах главных балок и снабженный приваренными на его верхней поверхности поперечными ребрами жесткости, выполненными в виде уголков, соединенных концевыми участками по ширине поддона при этом ребра жесткости приварены на верхней поверхности поддона полками. Кроме того, пролетное строение моста содержит замоноличенную в поддоне бетонную плиту проезжей части с противоусадочной арматурой и поперечные связи, соединяющие главные балки, а концевые участки поперечных ребер жесткости расположены за пределами верхних поясов главных балок [Патент на полезную модель №56411 «Пролетное строение моста»]. Как видно из чертежей, поясняющих суть известного технического решения по прототипу, горизонтальные оси отверстий совпадают с горизонтальными осями главных балок.
Недостаток известного пролетного строения заключается в неоптимальном размещения отверстий в сквозной балке, что приводит к уменьшению несущей способности (грузоподъемности) пролетного строения. Поскольку нижний пояс сквозных балок в пролетном строении значительно перегружен по сравнению с верхним поясом, что обусловлено совместной работой верхнего пояса сквозных балок с замоноличенной в металлическом поддоне плитой проезжей части.
Задача полезной модели - наряду с имеющимися в прототипе преимуществами, увеличить несущую способность (грузоподъемность) сталежелезобетонного пролетного строения моста.
Технический результат, на достижение которого направлена предполагаемая полезная модель, заключается в оптимальном распределении напряжений общего изгиба в стенках, нижнем и верхнем поясах сквозных балок пролетного строения, общем снижении продольных напряжений в нижнем поясе сквозных балок.
Задача решена следующим образом. Общим с прототипом является то, что пролетное строение моста включает продольные металлические главные балки двутаврового сечения со сквозными стенками, форма которых получена путем зигзагообразного трапециевидного разреза сплошной стенки двутавровой балки и сварки встык по выступам разреза с образованием шестиугольных отверстий, металлический плоский листовой поддон, жестко укрепленный на верхних поясах главных балок и снабженный поперечными ребрами жесткости, выполненными в виде уголков, приваренных на верхней поверхности поддона полками и соединенных концевыми участками по ширине поддона, причем концевые участки поперечных ребер жесткости расположены за пределами верхних поясов главных балок, замоноличенную в поддоне бетонную плиту проезжей части с противоусадочной арматурой и поперечные связи, соединяющие главные балки. В отличие от прототипа горизонтальная ось отверстий в стенках главных балок смещена вверх относительно горизонтальной оси главных балок. В частных случаях: для главных балок, выполненных из прокатных двутавров, верхние стороны отверстий примыкают к верхним выкружкам главных балок, а для главных балок, выполненных из сварных двутавров, верхние стороны отверстий примыкают к верхним полкам главных балок.
Пролетное строение с главными балками двутаврового сечения, имеющими отверстия в стенке имеет существенное снижение материалоемкости и массы по сравнению с обычными прокатными профилями двутаврового сечения такой же высоты.
Подкрепление плоского стального поддона поперечными ребрами жесткости уголкового профиля, приваренными к его верхней поверхности полками, как в прототипе, придают ему достаточную жесткость и прочность на стадии укладки в него монолитной бетонной плиты в основном направлении изгиба его на этой стадии, совпадающим с направлением, перпендикулярным продольной оси моста, за счет чего обеспечивается уменьшение толщины листового поддона. Причем, поперечные ребра жесткости на стадии эксплуатации выполняют функцию рабочей арматуры плиты проезжей части, что дополнительно снижает материалоемкость пролетного строения.
Кроме того, поперечное расположение ребер жесткости у которых концевые участки составляющих их уголков заходят за пределы верхних поясов главных балок, обеспечивает выравнивание напряжений в поперечном сечении монолитной плиты на стадии эксплуатации за счет более полного включения ее по ширине при совместной работе на изгиб с главными балками, что позволяет отказаться от постановки на их верхних поясах специальных упоров, функцию которых в предлагаемой конструкции выполняют заходящие за пределы верхних поясов главных балок концевые участки уголков ребер жесткости. Исключение
специальных упоров позволяет существенно снизить металлоемкость пролетного строения.
Обеспечение равномерного распределения напряжений в поперечном сечении монолитной плиты при общем изгибе позволяет исключить необходимость увеличения высоты плиты на участках примыкания ее к главным балкам и тем самым обеспечить снижение материалоемкости монолитной плиты, а следовательно, постоянной нагрузки на главные балки. При смещении отверстий к верхним полкам главных балок высота более нагруженного нижнего тавра главных балок становится больше по сравнению с верхним тавром, менее нагруженным, что положительно сказывается на более равномерном распределении нормальных напряжений в стенке балок и в итоге приводит к общему снижению абсолютных значений нормальных напряжений в стенках балок.
Технический результат - увеличение несущей способности пролетного строения в целом, будет достигнут при любой величине смещения вверх горизонтальной оси отверстий в главных балках. Однако максимальный эффект будет при максимальном смещении оси отверстий, то есть когда верхний край отверстий примыкает в верхней выкружке балки для прокатного двутавра или непосредственно к верхней полке балки для сварного двутавра. Это подтверждают проведенные расчеты. Увеличение несущей способности обусловлено разгруженном нижнего пояса главных балок и более равномерным распределением напряжений по поверхности стенок главных балок.
Указанная совокупность существенных признаков в уровне техники не выявлена, что подтверждает новизну заявленной полезной модели.
На чертежах представлена конструкция пролетного строения предлагаемой полезной модели: на фиг.1 - фасад пролетного строения; на фиг.2 - план пролетного строения без бетона плиты проезжей части; на фиг.3 - поперечный разрез пролетного строения; на фиг.4 - шкала в МПа для определения нормальных продольных напряжений, приведенных на фиг.5, в элементах поверхности стенки балки пролетного строения по прототипу; на фиг.5 - изополя нормальных продольных напряжений в стенке балки по прототипу; 6 - шкала в МПа для определения нормальных продольных напряжений, приведенных на фиг.7, в элементах поверхности стенки балки пролетного строения при смещенной вверх горизонтальной оси отверстий; на фиг.7 - изополя нормальных продольных напряжений в стенке балки при смещенной вверх оси отверстий.
Пролетное строение моста содержит главные балки со сквозной стенкой 1, металлический плоский листовой поддон 2, приваренный к верхним поясам главных балок 1 и подкрепленный поверху поперечными ребрами жесткости из прокатных уголков 3, приваренных к металлическому поддону 2 по плоскости одной из полок, уложенную в поддон 2,
являющийся стационарной опалубкой, монолитную бетонную плиту 4 проезжей части с противоусадочной арматурой 5 в верхней ее части и поперечные связи 6 между главными балками 1.
Главные балки 1 выполнены из прокатных двутавров с развитой по высоте стенкой за счет зигзагообразного ее разреза 7 и сварки встык по выступам стенкой с образованием отверстия, причем ось отверстий 9 находится выше оси балки 8.
Пролетное строение моста выполняют следующим образом.
Для изготовления главных балок 1 прокатные двутавровые балки разрезаются зигзагообразным резом трапециевидного очертания, а затем свариваются встык по выступам разреза с образованием шестиугольных отверстий. Балку 1 при монтаже пролетного строения укладывают так, чтобы в зоне действия максимальных поперечных сил (в сечениях над опорами) участок стенки был сплошной, без отверстий.
Затем главные балки 1 объединяют для пространственной работы поперечными связями 6, выполненными из швеллера и приваренными к вертикальным ребрам жесткости в опорных сечениях и в середине пролета балок.
По верхним поясам главных балок 1 укладывают и приваривают металлический плоский поддон 2 из листовой стали, по верхней поверхности которого полками приварены поперечные ребра жесткости 3 из уголкового профиля.
По верху уголков 3 укладывается противоусадочная арматурная сетка 5 и бетон плиты 4 проезжей части.
Подреберные секции тонколистового металлического поддона 2 могут транспортироваться в плоском или рулонируемом компактном положении. Пролетное строение может транспортироваться блоками из двух главных балок 1 с поддоном 2.
На фиг.4-7 приведены примеры расчета методом конечных элементов прогибов конструкции пролетного строения длиной 6 м при нагрузке 12 т, где для левой относительно середины балки половины стенки балки показаны изополя продольных нормальных напряжений (изополя симметричны относительно середины балки). Более насыщенному синему или коричневому цвету соответствуют отрицательные (фиг.4 и 6) сжимающие или, соответственно, положительные растягивающие продольные напряжения. Нижний пояс балки, для которой ось отверстий не смещена относительно оси балки, как показывает фиг.5, существенно перегружена. Здесь максимальные значения напряжения в элементах стенки - до 109 МПа. Для случая смещения оси отверстий вверх так, что верхний край отверстий вплотную примыкает к верхней выкружке балки - фиг.7, нижний пояс балки разгружается, а максимальные значения напряжения снижаются до 73 МПа. Таким образом, несущая способность конструкции в целом увеличивается на 33%.
1. Пролетное строение моста, включающее продольные металлические главные балки двутаврового сечения со сквозными стенками, форма которых получена путем зигзагообразного трапециевидного разреза сплошной стенки двутавровой балки и сварки встык по выступам разреза с образованием шестиугольных отверстий, металлический плоский листовой поддон, жестко укрепленный на верхних поясах главных балок и снабженный поперечными ребрами жесткости, выполненными в виде уголков, приваренных на верхней поверхности поддона полками и соединенных концевыми участками по ширине поддона, причем концевые участки поперечных ребер жесткости расположены за пределами верхних поясов главных балок, замоноличенную в поддоне бетонную плиту проезжей части с противоусадочной арматурой и поперечные связи, соединяющие главные балки, отличающееся тем, что горизонтальная ось отверстий в стенках главных балок смещена вверх относительно горизонтальной оси главных балок.
2. Пролетное строение по п.1, отличающееся тем, что главные балки выполнены из прокатных двутавров, а верхние стороны отверстий примыкают к верхним выкружкам главных балок.
3. Пролетное строение по п.1, отличающееся тем, что главные балки выполнены из сварных двутавров, а верхние стороны отверстий примыкают к верхним полкам главных балок.
