способ возведения пролетного строения моста

Формула изобретения

1. Способ возведения пролетного строения моста путем монтажа металлической части и последующего нанесения на нее железобетонной части, отличающийся тем, что металлическую часть монтируют, по меньшей мере, из двух монтажных блоков, каждый из которых состоит из двух металлических трубчатых главных балок, расположенных на расстоянии друг от друга, равном диаметру трубчатой балки, и соединенных между собой арочной оболочкой, которую предварительно выполняют из полутрубы, имеющей диаметр, равный диаметру трубчатой балки, и закрепленных по бокам главных балок соединительных дугообразных элементов, далее, внутри каждой главной балки устанавливают тяжи, а в каждой арочной оболочке - поперечные связи, которые вместе с тяжами располагают в горизонтальной плоскости и рассредоточивают по длине блока, а в поперечном сечении соединяют между собой, образуя в блоке единые поперечные связи, при этом в опорных участках внутри каждой главной балки размещают элементы жесткости с центральным отверстием, после чего перпендикулярно к верхней поверхности монтажного блока приваривают в шахматном порядке упоры, выполненные в виде штырей, затем ведут соединения монтажных блоков друг с другом путем наложения внахлест двух дугообразных соединительных элементов с образованием из них арочной оболочки в виде полутрубы, имеющей диаметр, равный диаметру трубы главной балки, а железобетонную часть изготавливают монолитной.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлические трубчатые главные балки и соединяющие их полутрубы крепят между собой также и при помощи тяжей и поперечных связей соответственно, причем тяжи и поперечные связи устанавливают горизонтально.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что монолитную железобетонную плиту образуют из двух слоев, из которых нижний слой, выполненный из железобетона или фибробетона, предварительно укладывают на каждый монтажный блок, образуя из последнего модуль пролетного строения, а верхний, выполненный из железобетона, укладывают на всю ширину пролетного строения.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к гражданскому строительству и может быть использовано в конструкциях соответствующих пролетных строений, в частности мостов, эстакад, перекрытий, возводимых через реки, железные дороги, путепроводы, в которых целесообразно применение конструктивных элементов, скомбинированных из металла и бетона.

Из описания изобретения «Сталежелезобетонное пролетное строение» и его чертежа см. (Авторское свидетельство СССР №1825837, М.кл. Е 01 В 09/02, БИ-25-93) известен способ возведения пролетного строения моста, по которому стальные трубчатые балки с предварительно установленными тяжами с наживленными гайками устанавливают в проектное положение на опоры. Затем их соединяют поперечными связями и производят затяжку гаек на тяжах, обеспечивая требуемое обжатие поперечного сечения трубы. После чего на горизонтальные связи укладывают опорные элементы, выполненные из деревянного бруса с подклинкой, а на них - тонколистовую неизвлекаемую опалубку. К верхним частям труб внутренней поверхности опалубки приваривают штыревые упоры, которые омоноличивают железобетоном плиты.

Однако этот известный способ возведения пролетного строения моста имеет существенный недостаток, который заключается в том, что известный способ сложно реализовывать и он требует больших финансовых затрат, что обусловлено необходимостью на месте возведения моста укладывать каждую трубчатую главную балку в проектное положение на опору, затем их соединять поперечными связями.

Известен способ возведения пролетного строения моста (см. Патент РФ 2041312, E 01 D 21/00, E 01 D 101:26, опубл. 1995.08.09), включающий монтаж стальной части пролетного строения и последующее выполнение его бетонной части, причем бетонную часть выполняют путем распыления бетона на стальную часть, в качестве которой используют профилированный лист, после чего соединяют бетон с профилированным листом крепежными средствами, при этом распыление бетона осуществляют участками и послойно с возможностью, по крайней мере, частичного схватывания бетона предыдущего слоя, при этом целесообразно между слоями бетона размещать железные или стальные элементы; а бетон распылять на обе поверхности профилированного листа; слои выполнять из различного бетона; в качестве бетона использовать фибробетон или легкий бетон с заполнителем в виде волокон или пористых гранул; профилированный лист выполнять с сеткой; сетку прикреплять к профилированному листу, по крайней мере, на участках, образующих в направлении распыления желоба, причем возможно размещение сетки в углублении, которое предварительно образуют на профилированном листе, и обжатие профилированного листа на смежных с сеткой участках для крепления сетки, а для соединения профильного листа с бетоном на профилированном листе образовывать отверстия с зазубренными краями или гофры, например, переменной ширины в поперечном направлении.

Это известное техническое решение выбирается в качестве прототипа, так как с заявляемым изобретением имеет наибольшее число общих существенных признаков и решает с ним аналогичную задачу. Кроме того, данное известное техническое решение является последней разработкой по заявляемой теме.

Однако прототип имеет существенный недостаток, который заключается в том, что все операции по возведению пролетного строения моста необходимо выполнять последовательно и на месте возведения моста, что сложно реализовать особенно в труднодоступных географических местах. Особенно это касается монтажа стальной части, выполняемой поэлементно, и последующего формирования на ней поэлементной бетонной части.

Задачей настоящего изобретения является создание нового способа возведения пролетного строения моста, в котором можно было бы реализовать модульный принцип возведения конструкции пролетного строения моста, обеспечить оперативное его возведение в труднодоступном географическом месте и с наименьшими затратами.

Поставленная задача решена следующим образом. В известном способе возведения пролетного строения моста путем монтажа металлической части и последующего нанесения на нее бетонной части, согласно настоящему изобретению, металлическую часть монтируют, по меньшей мере, из в двух монтажных блоков, в каждом из которых вначале, по меньшей мере, две главные балки располагают на расстоянии друг от друга, равном диаметру трубы, и соединяют арочной оболочкой, которую предварительно выполняют из полутрубы, имеющей диаметр, равный диаметру трубы, потом внутри каждой главной балки устанавливают тяжи, в каждой арочной оболочке - поперечные связи, которые вместе с тяжами располагают в горизонтальной плоскости и рассредоточивают по длине блока, а в поперечном сечении соединяют между собой, образуя в блоке единые поперечные связи, при этом в опорных участках внутри каждой главной балки размещают элементы жесткости с центральным отверстием, упоры выполняют в виде штырей и располагают их в шахматном порядке перпендикулярно к его верхней поверхности, а затем ведут соединения монтажных блоков друг с другом путем наложения внахлест двух дугообразных соединительных элементов с образованием из них арочной оболочки в виде полутрубы, имеющей диаметр, равный диаметру трубы главной балки, каждый из которых предварительно устанавливают по бокам каждого монтажного блока, причем железобетонную часть изготавливают монолитной.

Есть вариант, развивающий основное техническое решение, по которому металлические трубы, выполняющие роль главных балок, и полутрубы, соединяющие их, крепят между собой также и при помощи тяжей и поперечных связей соответственно, причем тяжи и поперечные связи устанавливают горизонтально.

Имеется вариант развития исходного технического решения, по которому монолитную железобетонную плиту образуют из двух слоев, из которых нижний слой предварительно укладывают на каждый монтажный блок и выполняют его из железобетона или фибробетона, образуя из последнего модуль пролетного строения, а верхний укладывают на всю ширину пролетного строения из железобетона.

Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет достичь технический результат, заключающийся в реализации модульного принципа возведения конструкции пролетного строения моста, оперативное его возведение в труднодоступном географическом месте и с наименьшими затратами. Кроме того, уменьшается объем железобетонных работ, а также объем используемого металла и количество номенклатурных единиц, применяемых для возведения пролетного строения моста. Это обусловлено тем, что в предлагаемом изобретении возведение пролетного строения моста ведут, по меньшей мере, из двух монтажных блоков. При этом каждый из них предварительно изготавливают в заводских условиях и/или на месте и легко доставляют на место установки, особенно в труднодоступных местах, например в районах прокладки магистральных газо- и нефтепроводов. Это позволяет на месте использовать трубы газо- и нефтепроводов для возведения пролетного строения моста, в том числе и трубы, отнесенные к бывшим в употреблении или признанными некондиционными.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение имеет существенные отличия, которые заключаются в следующем:

- предварительно в заводских условиях или на месте установки пролетного строения моста из металлических трубчатых главных балок формируют монтажные блоки, из которых затем образуют металлическую часть пролетного строения моста;

- трубчатые главные балки соединяют арочными оболочками, выполненными из полутруб, имеющих диаметр, равный диаметру трубы главной балки;

- металлические арочные оболочки из полутруб и дугообразные соединительные элементы установлены между трубчатыми главными балками, формируют у монтажного блока волнообразную верхнюю часть, обеспечивающую жесткость в продольном и поперечном направлении;

- сверху на металлической части возводят монолитную железобетонную часть, причем ее возводят на волнистой поверхности металлической части, служащей опалубкой и имеющей упоры в виде штырей, которые установлены в шахматном порядке перпендикулярно к поверхности металлической части. За счет этого монолитная бетонная часть хорошо работает по всей поверхности пролетного строения моста на отрыв от металлической части;

- верхняя волнообразная металлическая часть пролетного строения состоит из одинаково выгнутых арочных оболочек, что позволяет создать в бетонной части арочный эффект при загружении пролетного строения местной нагрузкой между главными балками, так как «бетонные арки» одинаковые по величине и в них не возникает распора, т.к. железобетон одинаково эффективно работает на сжатие;

- сверху каждый монтажный блок имеет либо железобетонную, либо фибробетонную плиту, поверх которой в процессе объединения в пролетное строение формируют общую монолитную железобетонную плиту. Это повышает несущую способность главных балок на первом этапе загружения пролетного строения и ускоряет процесс возведения пролетного строения, т.к. по каждому монтажному блоку после его укладки может двигаться техника.

Заявителем проведен патентно-информационный поиск, в процессе которого заявляемая совокупность существенных признаков не обнаружена. Поэтому предлагаемое изобретение можно считать новым.

Предлагаемое техническое решение соответствует изобретательскому уровню, так как для специалиста средней квалификации настоящее изобретение логически не следует из известного уровня техники и является для него неожиданным. Так, например, в предлагаемом техническом решении формируют однородную волнистую поверхность у металлической части пролетного строения моста. Причем металлическую его часть формируют из предварительно изготавливаемых монтажных блоков, что улучшает условия сборки пролетного строения моста, уменьшает его металлоемкость и повышает надежность и прочность, т.к. предварительно изготовленные блоки проще проверить на прочность. Кроме того, на поверхности металлической части в шахматном порядке по всей длине монолитного блока перпендикулярно к ней устанавливают упоры в виде штырей. Такая установка известна из патента РФ №2143023, МПК Е 01 D 12/00, 1999.12.30. Она выполнена не на волнообразной поверхности, а на поверхности иной формы. В предлагаемом изобретение они устанавливаются на равномерной волнообразно образованной поверхности, которая в сочетании с упомянутыми штырями позволяет иметь монолитную железобетонную часть пролетного строения моста, объединяющую в нем его монтажные блоки в единую конструкцию моста.

Техническая сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где:

фиг.1 - поперечный разрез монтажного блока пролетного строения;

фиг.2 - узел соединения арочной оболочки с главной балкой;

фиг.3 - вид верхней части пролетного строения моста с установленными на ней упругими штырями;

фиг.4 - схема установки монтажных блоков пролетного строения на опоры;

фиг.5 - поперечный разрез монтажных блоков пролетного строения во время установки их на опоры;

фиг.6 - узел соединения монтажных блоков друг с другом;

фиг.7 - поперечный разрез монтажного блока после объединения их в пролетное строение монолитной плитой;

фиг.8 - схема бетонирования плиты пролетного строения;

фиг.9 - поперечный разрез пролетного строения моста;

фиг.10 - вид фасада пролетного строения моста.

Практическая применимость настоящего изобретения поясняется ниже следующим описанием. Была создана модель в виде трехпролетного моста. Пролетное строение моста было запроектировано под нагрузку А-11, НК-80. Габарит проезжей части Г-11,5 с двумя служебными проходами по 0,75 м.

Данное пролетное строение моста состоит из четырех монтажных блоков, соединение которых образует пролетное строение (фиг.9). В каждом монтажном блоке 1 и 2 металлические трубчатые главные балки 3 (см. фиг.1) в поперечном направлении расположены на расстоянии L=820 мм друг от друга. Трубчатые главные балки 3 выполнены из труб диаметром D=820 мм, толщиной стенки 8 мм, класса прочности К55, с термическим упрочнением (Труба тип 3-У820-7-К55 ГОСТ 20295-85). Трубы изготавливаются в соответствии с требованиями ГОСТ 20295-85 "Трубы стальные для магистральных газонефтепроводов". В трубчатых главных балках 3, в полутрубе 4 и в дугообразных соединительных элементах 5, выполненных из тех же труб, что и главные балки, просверливают отверстия с шагом m=3480 мм по длине монтажного блока (фиг.1 и 10). К поперечным связям 7, выполненным из уголков 100×100×5, по торцам приваривают планки толщиной 10 мм с отверстиями так, чтобы отверстия в планках совпали с отверстиями в полутрубе 4 (фиг.2). На стройплощадке или в заводских условиях главные балки 3 располагают на расстоянии L=820 мм друг от друга, которое в данном случае равно диаметру трубы, используемой для главных балок. Между ними устанавливают полутрубу 4, а по бокам главных балок 3 на вспомогательных временных подмостях (на чертеже не показаны) крепят дугообразные соединительные элементы 5 (фиг.1). Затем соединяют все в единую конструкцию с помощью тяжей 6 диаметром d=20 мм, которые пропускают через отверстия в главной балке 3, в полутрубе 4, в дугообразных соединительных элементах 5 и планках поперечных связей 7 (фиг.1 и 2). После этого производят затяжку гаек 8 на расчетное усилие 5 т с помощью динамометрического ключа. После достижения требуемого обжатия поперечного сечения трубчатой главной балки 3 к ее боковой поверхности приваривают полутрубу 4 и дугообразные соединительные элементы 5. После этого в опорных участках (фиг.10) приваривают опорные ребра жесткости 9 толщиной 10 мм с центральным отверстием d=450 мм, которое обеспечивает протекание в трубе 3 конвекционных процессов, что исключает скопление воды внутри трубы. К верхней волнообразной поверхности монтажного блока перпендикулярно приваривают гибкие упоры 10 длиной 100 мм с помощью автомата «Гефест» или другого аналогичного. Сварочный автомат «Гефест» - опытное переносное устройство, предназначенное для сварки под флюсом тавровых соединений (ТИП Т1-МФ) крупных закладных изделий железобетонных конструкций, в т.ч. по технологии внешнего армирования и при монтаже оцинкованного профилированного настила, а также для приварки гибких упоров (анкеров) сталежелезобетонных пролетных строений. Гибкие упоры (анкера) 10 выполнены из обрезков арматуры класса AIII диаметром 16 мм и расположены в шахматном порядке на главных балках 3, полутрубах 4 и дугообразных соединительных элементах 5 по длине монтажного блока пролетного строения (фиг.3). Шаг упоров меняется по длине монтажного блока от 400 мм рядом с опорой до 800 мм в середине пролета (на чертеже не показано). Чтобы обеспечить быстроту сборки, долговечность и несущую способность пролетного строения до установки на опоры на стройплощадке, бетонируют нижнюю монолитную плиту 11 (фиг.1) из железобетона класса прочности В25, армированного арматурой класса AIII, диаметром 14 мм. Более предпочтительно, если есть возможность бетонировать из фибробетона, так как фибробетон имеет в несколько раз более высокую прочность при растяжении и на срез, ударную и усталостную прочность, трещиностойкость и вязкость разрушения, морозостойкость, водонепроницаемость, сопротивление кавитации, жаропрочность и пожаростойкость.

По показателю работы разрушения фибробетон может в 15-20 раз превосходить бетон. Фибробетон намного удобнее уплотнять вибратором в местах соединения полутруб 4 и главных трубчатых балок 3. Сборка всех монтажных блоков на всех этапах осуществляется с помощью крана Кс4561 грузоподъемностью 16 т.

После сборки опор 13 перед монтажом пролетных строений производят геодезический контроль с одновременным нанесением рисок для установки монтажных блоков пролетных строений. На выровненные и очищенные подферменники устанавливают резиновые и опорные части РОЧ 40 (на чертеже не показано). Монтажные блоки пролетного строения монтируют последовательно попролетно. В каждом пролете устанавливают дальний монтажный блок 1. Стоянки крана 12 определены из условия установки блоков без подъема или опускания стрелы (фиг.4). Монтаж стоек, насадок, монтажных блоков пролетного строения осуществляется краном РДК-25 грузоподъемностью 25 т. Для соединения монтажных блоков в пролетное строение к дугообразным соединительным элементам 5 по краям блока приварены два фиксирующих стержня d=20 мм из арматуры класса А-III. В соседнем блоке по краям сделаны отверстия. Смежные блоки соединяются внахлестку на величину h=30 мм так, чтобы фиксирующие стержни вошли в отверстие. Дугообразные соединительные элементы 5 сваривают по торцу по всей длине монтажного блока (фиг.5 и 6).

Общую монолитную железобетонную плиту 15 класса прочности В35 устраивают после установки и приемки конструкции из монтажных блоков. Для сооружения монолитной плиты устанавливают опалубку только по краям пролетного строения (на чертеже не показана). После этого укладывают арматурную сетку 14 (фиг.7). Продольная арматура - стержни класса А III диаметром 14 мм с шагом 150 мм. Поперечная арматура - диаметром 12 мм с шагом 200 мм. Монолитную железобетонную плиту 15 бетонируют автобетононасосом 16 либо с соседнего смонтированного пролетного строения пролета (фиг.8), либо с земли. После набора прочности бетоном разбирают опалубку. Металлические конструкции пролетных строений должны воспринимать все монтажные нагрузки без включения в работу железобетонной плиты 15. Во время бетонирования плите 15 придан уклон 2% от середины к краям, чтобы обеспечить водоотвод без увеличения толщины покрытия проезжей части, дорожная одежда проезжей части путепровода устраивается путем укладки гидроизоляции из материала изопласт - 5,5 мм, защитного слоя - 40 мм и двухслойного асфальтобетонного покрытия - 70 мм. После этого устанавливаются перильные и барьерные ограждения (фиг.9).

Пролетное строение моста было запроектировано и рассчитано по СНиП 2.05.03-84* "Мосты и трубы". В результате были получены следующие цифры:

Расчетное напряжение в главной балке (трубе) на первой стадии работы конструкции до включения железобетонной плиты 15 в работу.

н¹=545 кг/см² - напряжение в нижней фибре трубы.

в¹=421 кг/см² - напряжение в верхней фибре трубы.

Расчетное напряжение в главной балке (трубе) на второй стадии работы конструкции с включением железобетонной плиты в работу.

н²=2020 кг/см² - напряжение в нижней фибре трубы.

в²=360 кг/см² - напряжение в верхней фибре трубы.

Суммарные напряжения в нижней фибре:

н²=2565 кг/см².

Суммарные напряжения в верхней фибре:

в²=781 кг/см².

Расчетное напряжение в бетоне плиты 15 на второй стадии:

бет=59,9 кг/см².

Расчетное напряжение в продольной арматуре плиты 15 на второй стадии:

rs=556,3 кг/см².

Общий прогиб главных балок пролетного строения составил:

f=3,5 см.

Таким образом, предлагаемый способ возведения пролетного строения моста позволяет получить следующие достоинства:

1. Использование полутрубы между балками позволяет добиться следующего: под действием местной нагрузки полутруба с монолитным железобетоном работают как "арка" на сжатие. Под действием общей нагрузки часть бетона в местах крепления полутрубы к главным балкам находится в растянутой зоне. В этом случае полутруба играет роль наружной растянутой арматуры, помогая работать бетону.

2. Горизонтальные тяжи с гайками, фиксирующие контур, повышают надежность пролетного строения, так как с помощью них можно регулировать напряженно-деформированное состояние балок (повысить устойчивость балки, снизить растягивающие напряжения в нижних фибрах).

3. В результате рационального распределения бетона и включения в работу объединенного сечения всей площади железобетонной плиты (в соответствии с эпюрами нормальных напряжений) повышается эффективность работы пролетного строения на изгиб под действием общей нагрузки, уменьшается масса, расход металла, повышается трещиностойкость плиты проезжей части.

4. Монолитная плита, состоящая из двух частей, повышает несущую способность главных балок на первом этапе загружения пролетного строения и ускоряет процесс возведения пролетного строения, т.к. по каждому монтажному блоку после его укладки может двигаться техника.

5. Отсутствие продольных швов омоноличивания балок и использования монолитной плиты позволяет повысить усталочную прочность и долговечность конструкции.

6. Разработка конструкции пролетного строения для перекрытия малых пролетов (L=15-21 м) осуществляется с учетом изготовления и монтажа пролетного строения. Разработанные монтажные блоки и их способы крепления между собой позволяют собирать любые габариты пролетного строения за минимальные сроки.

В целом предлагаемый способ возведения полетного строения моста обладает определенными технико-экономическими преимуществами по сравнению с известными. Наиболее четко преимущества трубчатых пролетных строений проявляется в труднодоступных местах и в условиях бездорожья. Тогда стоимость работ уменьшается на 70% по сравнению с типовыми железобетонными пролетными строениями.