Арочная конструкция из листового металла с композиционными элементами жесткости из бетона в металлической оболочке

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к упрочненным бетоном конструкциям арочного типа из гофрированного листового металла, а более конкретно, к конструкциям, которые могут заменить стандартные конструкции с бетонными или стальными балками. Композиционная упрочненная бетоном арочная конструкция из гофрированного металла содержит первый комплект профилированных гофрированных металлических листов, связанных друг с другом с образованием пролета основной арочной конструкции определенного поперечного сечения, второй комплект профилированных металлических листов, связанных друг с другом для покрытия и контакта с первым комплектом связанных листов основной арочной конструкции, при этом второй связанный комплект листов и первый комплект листов соединены с образованием множества отдельных расположенных поперечно замкнутых непрерывных полостей. Новым является то, что каждая непрерывная полость от одного конца полости до другого, ограниченная поперечной протяженностью второго комплекта листов, заполнена бетоном, причем в полости, заполненной бетоном, образована пограничная поверхность бетона, ограниченная внутренними поверхностями металла второго взаимосвязанного комплекта листов и первого комплекта металлических листов; внутренние поверхности каждого из первых и вторых листов содержат множество соединительных элементов поперечной связи на упомянутой границе раздела композита бетон - металл, причем соединительные элементы поперечной связи композита представляют собой элемент жесткости первых и вторых листов, выполненных с обеспечением действия бетона и металла, когда к упомянутой арочной конструкции приложена нагрузка, при этом соединительные элементы поперечной связи действуют так же, как множество элементов жесткости изогнутых колонн балочного типа для увеличения комбинированного сопротивления основной арочной конструкции положительному и отрицательному изгибу и осевым нагрузкам, причем количества листов второго комплекта достаточно для получения необходимого количества указанных элементов жесткости изогнутых колонн балочного типа для противодействия предполагаемым нагрузкам, приложенным к указанной конструкции, при этом поперечное сечение пролета превышает 15 м и обеспечивается удержание требуемой нагрузки элементами жесткости изогнутых колонн балочного типа при малой толщине покрытия выше арки пролета. Технический результат изобретения состоит в увеличении прочности арочной конструкции, а также в увеличении длины перекрываемого пролета. 8 з.п.ф-лы, 18 ил.

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к упрочненным бетоном конструкциям арочного типа из гофрированного листового металла, таким как пролеты мостов, акведуки или виадуки, способные нести высокие приложенные нагрузки при тонких покрытиях, такие как возникают при движении тяжелогруженого автотранспорта, а более конкретно, к конструкциям, которые могут заменить стандартные конструкции с бетонными или стальными балками.

Предшествующий уровень техники

На протяжении многих лет гофрированные металлические листы или пластины подвергались испытаниям для определения их долговечности, экономичности и функциональности как конструкционного материала. Гибкие конструкции арочного типа, изготовленные из гофрированных металлических листов, занимают важную часть в конструкциях галерей, волноломов, дренажных устройств, водосбросов, виадуков, транспортных акведуков и служебных туннелей; для скоростных автомагистралей, железных дорог, аэропортов, муниципалитетов, зон отдыха, промышленных зон, паводковых и охранных проектах, программах уменьшения загрязнения воды и других программах.

Одна из основных конструктивных проблем, связанных с заглубленными гофрированными металлическими конструкциями арочного типа, состоит в том, что используется относительно тонкая металлическая оболочка для сопротивления относительно высоким нагрузкам вокруг ее периметра, таким как боковое давление почвы, давление грунтовых вод, избыточное давление, а также другие временные и постоянные нагрузки, действующие на конструкцию. Способность такой конструкции оказывать сопротивление действующим по периметру нагрузкам, не считая того, что она является функцией прочности окружающего грунта, напрямую связана с профилем гофров и толщиной оболочки. В то время как равномерно распределенные по периметру нагрузки, такие как давление почвы и воды, как правило, не могут вызвать нестабильность установленной конструкции, конструкция более чувствительна к неравномерным или локализованным условиям нагружения, таким как неравномерное распределение давления почвы в процессе заделки или временные нагрузки на установленную структуру из-за движения грузового транспорта. Неравномерное распределение давления почвы в процессе заделки арочной конструкции приводит к перекосу или выпучиванию с получением в результате формы готовой конструкции, отличающейся от ее заданной, конструктивно более прочной формы. С другой стороны, временные нагрузки на верхнюю часть конструкции создают условия для локализаций нагрузок, что может вызвать повреждение участка свода конструкции.

Локализованная вертикальная нагрузка, например временная нагрузка от движения грузового транспорта, приложенная к конструкции арочного типа, будет вызывать в конструкции как изгибающие напряжения, так и осевые напряжения. Изгибающие напряжения возникают при направленной вниз деформации свода, вызывая тем самым положительные изгибающие моменты в венцовой части конструкции и отрицательные изгибающие моменты вблизи боковых частей конструкции. Осевые напряжения представляют собой сжимающие напряжения, вызванные составляющей нагрузки, действующей вдоль секущей поперечного сечения арочной конструкции. В конструктивном решении заглубленной металлической арочной конструкции отношение изгибающих напряжений к осевым напряжениям, определенное экспериментально по удельной вертикальной нагрузке, колеблется в зависимости от толщины покрытия. Чем толще покрытие, тем более равномерно распределяется вертикальная нагрузка, когда она действует на арочную конструкцию, и тем меньшему изгибу будет подвергаться конструкция. Таким образом, напряжение в арочной конструкции при мощном покрытии в основном является осевым.

Гофрированные металлические листы легче повреждаются под действием изгиба, чем от осевого сжатия. Обычная конструкция арочного типа из гофрированного металла противодействует изгибающим напряжениям, вызываемым временными нагрузками, за счет толщины покрытия, компенсирующего тем самым локализованные временные нагрузки за счет толщины покрытия и за счет большей поверхности у арки, тем самым минимизируются изгибающие напряжения на арке и основная часть нагрузки превращается в осевые усилия. Тем не менее, очевидно, что при увеличении толщины покрытия давление грунта на конструкцию возрастает, и поэтому требуются более прочные металлические листы. Необходимость в мощном покрытии вызвана также жесткими конструктивными ограничениями, такими как ограничение на размер окружающего пространства под конструкцией или угол въезда у проезжей части над конструкцией. В ситуации, когда толщина покрытия ограничена и является малой, проблему временной нагрузки традиционно решают посредством размещения длинномерной ослабляющей напряжения плиты, обычно выполненной из упрочненного бетона, вблизи или непосредственно под проезжей частью, проходящей выше площади мелкой заделки. Длинномерная плита должна действовать как средство распределения нагрузок, с тем чтобы локализованные нагрузки от движения транспорта были распределены по большей площади на поверхности металлической арки. Проблема, связанная с ослабляющей напряжения плитой, состоит в том, что она требует при этом на месте производства работ дополнительных затрат времени и существенных затрат труда и материалов. Кроме того, в областях, где бетон недоступен, этот вариант является неприемлемым.

Были предприняты попытки усилить гофрированную металлическую арочную конструкцию посредством использования упрочняющих ребер жесткости. В патенте США №4141666 используют упрочняющие элементы на наружной стороне коробчатого водовода для увеличения его несущей способности. Проблемой, связанной с данным изобретением, является то, что секции конструкции между упрочняющими ребрами жесткости являются значительно более слабыми, чем упрочняющие ребра жесткости, и, следовательно, при нагружении имеет место различный прогиб или волнообразный эффект вдоль длины конструкции. Для уменьшения этой проблемы к внутренней стороне водовода прикреплены продольные элементы для уменьшения волнообразного эффекта, особенно вдоль венцовой части и частей основания. Оказалось, однако, что когда эти конструкции используют выше русла потока и т.п., то имеющиеся приспособления могут быть разрушены при ледоходах и наводнениях.

В патенте США №4318635 используют многочисленные упрочняющие ребра жесткости арочной формы внутри/снаружи галерей для обеспечения упрочнения стенок, венцовой части и промежуточных частей арки или боковых частей. Хотя такие расположенные с интервалами друг от друга упрочняющие ребра жесткости и повышают прочность конструкции на сопротивление нагрузкам, они не решают проблемы волнообразного эффекта у конструкции и могут добавить ей ненужный дополнительный вес за счет чрезмерного упрочнения. В дополнение к вышеприведенным недостаткам упрочняющие ребра жесткости в этом типе конструкции часто требуют дополнительных затрат времени и усложняют монтаж, оказывая неблагоприятное влияние на стоимость конструкции. Кроме того, когда используют относительно широкие интервалы между ребрами жесткости, возникают трудности в анализе конструкции при проектировании этих структур. Наличие интервалов между упрочняющими элементами и, следовательно, колебание жесткости вдоль продольной длины конструкции затрудняет достижение в полном объеме момента сопротивления пластичности, тем самым добавляя к конструктивному решению нежелательную консервативность и неэкономичность. В патенте США №3508406, автор Fisher (Фишер), предложена композиционная арочная конструкция, имеющая гибкий гофрированный металлический корпус с продольно расположенными бетонными контрфорсами на каждой стороне конструкции. В нем конкретно предложено, что в случае широких расстояний между опорами арочной структуры бетонные контрфорсы могут быть соединены с дополнительными элементами жесткости, проходящими по верхней части конструкции. Аналогично этому в патенте США №4390306 того же автора предложена арочная конструкция, в которой элемент, обеспечивающий жесткость и распределение нагрузки, конструктивно неподвижно связан с венцовой частью арки, расположенной продольно по основной части длины конструкции. Предусмотрено также, что композиционная арочная конструкция предпочтительно должна включать на каждой ее стороне расположенные продольно, распределяющие нагрузку контрфорсы. Верхний продольный элемент жесткости и контрфорсы могут быть бетонными или металлическими и могут даже содержать секции из гофрированного листа, гофры которых расположены в направлении длины галереи.

В патентах Фишера предусмотрено непрерывное упрочнение вдоль конструкции с помощью элемента жесткости в венцовой части и контрфорсов. Контрфорсы сконструированы так, чтобы обеспечить стабильность гибкой конструкции в процессе этапа монтажа, то есть до того, как будет полностью произведена заделка и установка на фундамент конструкции при заделке. В них предусмотрены места размещения длинномерного уплотненного материала для предотвращения коробления, когда используют оборудование для уплотнения и заделки, что позволяет выполнять процедуру заделки непрерывно, без расплющивания формы конструкции. Верхний элемент жесткости с внутренними стальными упрочняющими стержнями способствует снижению веса верхней части конструкции, чтобы предотвратить ее выпучивание на ранних этапах заделки и уплотнения, и действует как средство распределения нагрузки, способствуя распределению вертикальных нагрузок на конструкцию и сводя тем самым к минимуму потребность в покрытии. Верхний элемент жесткости в направлении длины конструкции придает жесткость верхней части арки за счет использования поперечных штифтов для структурного соединения бетонной балки со стальной аркой, чтобы обеспечить сопротивление положительному изгибающему моменту в верхней части арки. Этот многокомпонентный элемент жесткости совершенствует конструкцию, что способствует использованию уменьшенного покрытия, но не обеспечивает большого уменьшения толщины покрытия или достижения очень больших пролетов в конструктивных решениях арки. Основная причина этого состоит в том, что конструкция верхнего элемента жесткости в патентах Фишера не предусматривает сопротивления отрицательному изгибающему моменту, как правило, присутствующему в боковых частях арок с тонким покрытием и арок с широкими пролетами.

Цель использования поперечных элементов, расположенных с промежутками друг относительно друга, между верхним элементом жесткости и боковыми контрфорсами состоит в обеспечении некоторой жесткости конструкции для предотвращения коробления в процессе этапа заделки. Они не являются элементами, конструктивно предназначенными для сопротивления отрицательным моментам. Кроме того, в то время как установленная гибкая арочная конструкция подвергается действию положительных изгибающих моментов в венцовой части в условиях временных нагрузок, действию отрицательных изгибающих моментов она подвергается в некоторых местах в процессе заделки, когда она находится под давлением с боковых сторон, а верх будет подвергаться деформации выпучивания. Хотя в патентах Фишера верхний элемент жесткости и имеет конструктивное преимущество благодаря соединению с поперечной связью между бетоном и сталью для обеспечения сопротивления положительным изгибающим моментам в верхней части арки, сопротивление отрицательным изгибающим моментам в той же области в процессе заделки предусмотрено просто за счет упрочняющих стержней в верхней части бетонной плиты, что требует конструкций слоистого типа. В случае заглубленной в грунт арочной конструкции с множественными искривлениями монтаж дополнительных стержней в соответствии с патентом Сиваченко должен превратиться в слишком сложную проблему.

В патенте США №5326191 предусмотрено непрерывное упрочнение гофрированным листом по меньшей мере в венцовой части водовода, проходящим непрерывно по всей длине водовода. Конструкция водовода решает проблему, связанную с предшествующими техническими решениями для расположенных на расстоянии друг от друга поперечных упрочняющих элементов и имеющим присущую им способность оказывать сопротивление как положительным, так и отрицательным изгибающим моментам. Однако непрерывное упрочнение конструкций с большими пролетами может стать чрезмерно дорогостоящим и затруднительным для монтажа.

Краткое описание изобретения

Упрочненная бетоном конструкция арочного типа из гофрированного металла согласно настоящему изобретению решает множество перечисленных выше проблем. Как предусмотрено настоящим изобретением, балки из композиционного материала бетон - металл повышают сопротивление конструкции как положительным, так и отрицательным изгибающим моментам, возникающим в конструкции благодаря либо малой толщине покрытия, несущего на себе дорожное покрытие с временными тяжелыми нагрузками от движения транспорта, либо в процессе заделки структуры арочного типа. По настоящему изобретению каждая заполненная бетоном непрерывная полость между верхним листом и нижним гофрированным листом будет действовать как балка из композиционного металлобетона, функционирующая как изогнутый элемент жесткости колонны балочного типа, способный противостоять изгибающим моментам и осевым нагрузкам для обеспечения повышенной конструкционной гибкости в предложенных арочных конструкциях с малой толщиной покрытия.

В соответствии с одним из аспектов изобретения композиционная упрочненная бетоном арочная конструкция из гофрированного металла содержит: первый комплект профилированных гофрированных металлических листов, связанных друг с другом с образованием пролета основной арочной конструкции определенного поперечного сечения, высоты и продольной длины, причем основная арочная конструкция имеет венцовую часть и примыкающие к ней боковые части, а гофрированные металлические листы определенной толщины имеют гофры, расположенные поперек продольной длины арочной конструкции, с получением множества изогнутых колонн балочного типа в указанной основной арочной конструкции; второй комплект профилированных металлических листов, связанных друг с другом для покрытия и контакта с первым комплектом связанных листов основной арочной конструкции, причем второй комплект взаимосвязанных листов является непрерывным в поперечном направлении, включая, по меньшей мере, венцовую часть, и соединен непосредственно с первым комплектом взаимосвязанных листов; второй связанный комплект листов и первый комплект листов соединены с образованием множества отдельных расположенных поперечно замкнутых непрерывных полостей, причем каждая полость образована внутренней поверхностью первого комплекта листов и противолежащей внутренней поверхностью второго комплекта листов. Согласно изобретению каждая непрерывная полость от одного конца полости до другого, ограниченная поперечной протяженностью второго комплекта листов, заполнена бетоном, причем в полости, заполненной бетоном, образована пограничная поверхность бетона, ограниченная внутренними поверхностями металла второго взаимосвязанного комплекта листов и первого комплекта листов; внутренние поверхности каждого из первых и вторых листов содержат множество соединительных элементов поперечной связи на указанной границе раздела композита бетон - металл, причем соединительные элементы поперечной связи композита представляют собой элемент жесткости первых и вторых листов, выполненных с обеспечением совместного действия бетона и металла, когда к упомянутой арочной конструкции приложена нагрузка, при этом соединительные элементы поперечной связи действуют так же, как множество элементов жесткости изогнутых колонн балочного типа для увеличения комбинированного сопротивления основной арочной конструкции положительному и отрицательному изгибу и осевым нагрузкам, причем количества листов второго комплекта достаточно для получения необходимого количества указанных элементов жесткости изогнутых колонн балочного типа для противодействия предполагаемым нагрузкам, приложенным к указанной конструкции, при этом поперечное сечение пролета превышает 15 м и обеспечивается удержание требуемой нагрузки элементами жесткости изогнутых колонн балочного типа при малой толщине покрытия выше арки пролета.

Второй комплект листов предпочтительно является плоским. Второй комплект листов представляет собой гофрированные металлические листы с, по меньшей мере, одним гофром, причем гофр второго комплекта листов расположен поперечно относительно продольной длины арочной конструкции, при этом участки впадин второго гофрированного листа соединены с участками гребней первого комплекта листов.

Целесообразным является то, что второй комплект листов имеет большее количество гофров на единицу ширины листа, чем количество гофров на такую же единицу ширины первого листа и/или, в которой гофры имеют в поперечном сечении форму синусоиды или многоугольника.

Предпочтительным является то, что второй комплект листов простирается с огибанием пролета арочной конструкции от основания одной из боковых частей по венцовой части до основания другой боковой части, или в которой указанный второй комплект листов простирается с огибанием основной части пролета арочной конструкции от середины одной из боковых частей по венцовой части до середины другой боковой части.

Арочная конструкция предпочтительно выполнена в виде овальной галереи арочного пешеходного перехода, коробчатой галереи, круглой галереи или эллиптической галереи, а соединительные элементы поперечной связи на границе раздела композита выполнены в виде множества интегральных, по существу, поперечных выступов, образованных на первых и вторых листах, для противодействия относительному перемещению между бетоном и первым и вторым комплектом металлических листов, или соединительные элементы поперечной связи на указанной границе раздела композита выполнены в виде выступающих внутрь штифтов, закрепленных на внутренних поверхностях полости, образованной первым комплектом листов и вторым комплектом листов, или в которой соединительные элементы поперечной связи на указанной границе раздела композита выполнены в виде штампованных выступов, образованных на внутренних поверхностях первых и вторых листов.

Второй комплект листов предпочтительно содержит множество гофров для образования множества смежных поперечно расположенных полостей, причем, по меньшей мере, одна из смежных полостей содержит соединительные элементы поперечной связи и заполнена бетоном для получения элемента жесткости изогнутой колонны балочного типа, и предпочтительно в которой каждая из смежных полостей содержит соединительные элементы поперечной связи и заполнена бетоном для получения расположенных рядом друг с другом групп указанных элементов жесткости изогнутых колонн балочного типа, и предпочтительно в которой гофрированный лист каждого из первого и второго комплекта листов имеет одинаковый синусоидальный профиль, посредством чего смежными гребнями первого комплекта, соединенными болтами с совмещенными с ними смежными впадинами второго комплекта образована каждая полость, и предпочтительно в которой соединительные элементы поперечной связи выполнены в виде выступающих внутрь штифтов, присоединенных к внутренним поверхностям каждой полости, причем штифты расположены в шахматном порядке вдоль противолежащих внутренних поверхностей первого и второго комплекта листов, и предпочтительно в которой гофрированный лист имеет синусоидальный гофрированный профиль с глубиной, выбираемой от 25 до 150 мм, и шагом, выбираемым от 125 до 450 мм, и предпочтительно в которой на каждом конце полости предусмотрены пробки, предпочтительно в которой указанная полость заполнена бетоном через множество отверстий, выполненных в указанном втором комплекте листов, причем каждое отверстие закрыто пробкой после завершения заполнения бетоном каждой отдельной полости.

Целесообразным является то, что второй комплект гофрированных листов покрывает первый комплект листов, причем второй комплект листов покрывает непрерывно в направлении продольной длины первый комплект листов на длине, которая обеспечивает эффективное восприятие нагрузки, при этом выбранные полости содержат соединительные элементы поперечной связи и заполнены бетоном для получения достаточного количества элементов жесткости изогнутых колонн балочного типа, и предпочтительно в которой каждая из смежных полостей содержит соединительные элементы поперечной связи и заполнена бетоном для получения смежных элементов жесткости изогнутых колонн балочного типа вдоль эффективной продольной длины арочной конструкции, которая несет нагрузку.

Краткое описание чертежей

Предпочтительные варианты настоящего изобретения описаны в соответствии с чертежами, в которых:

на фиг.1 представлена аксонометрическая проекция арочной конструкции для пешеходного перехода в соответствии с аспектом настоящего изобретения;

на фиг.2 представлен вид с торца мостовой конструкции фиг.1;

на фиг.3 представлено сечение по линии 3-3 на фиг.1;

на фиг.4 представлено сечение по линии 4-4 на фиг.1;

на фиг.5 показан альтернативный вариант соединительных элементов с поперечной связью фиг.3;

на фиг.6 представлен увеличенный вид соединительного элемента с поперечной связью, расположенного на внутренней поверхности одного из гофрированных листов;

на фиг.7 представлено сечение, подобное показанному на фиг.3, на котором показана пробка для ввода жидкого бетона в полость;

на фиг.8 представлено сечение гофрированного листа, имеющего один из альтернативных вариантов поперечного средства связи;

на фиг.9 представлено сечение гофрированного листа, имеющего еще один альтернативный вариант поперечного средства связи;

на фиг.10, 11, 12, 13, 14, 15 и 16 представлены поперечные сечения первого и второго гофрированных листов, показывающие альтернативные варианты второго комплекта листов по сравнению с первым комплектом;

на фиг.17 представлено поперечное сечение конструкции по предшествующему техническому решению, имеющему ослабляющее нагрузку покрытие; и

на фиг.18 представлено поперечное сечение конструкции по предшествующему техническому решению, имеющему упрочнение верхней части и упрочнение контрфорсами.

Подробное описание предпочтительных вариантов

В соответствии с настоящим изобретением из гофрированных стальных листов можно сооружать конструкцию арочного типа с большим пролетом. В соответствии с предпочтительными вариантами изобретения предполагают, что большой пролет составляет у арочных пролетов по меньшей мере 15 м, а более предпочтительно, по меньшей мере, 20 м. Конструкция по настоящему изобретению с пролетами в таком диапазоне способна выдерживать большие нагрузки, например, нагрузки от движения тяжелого грузового транспорта при ослабляющей напряжения малой толщине покрытия и не нуждается в бетонной ослабляющей напряжения плите или любом другом типе средств ослабления или распределения напряжений упомянутой выше арочной конструкции. Понятно, конечно, что арочная конструкция по настоящему изобретению может быть использована для пролетов меньшего размера, к которым предъявляют особые требования, или для получения преимущества от особенностей конструкции по настоящему изобретению может быть использован по существу более тонкий стальной лист. Как альтернативный вариант, сталь можно заменить на другие металлы с более низкой прочностью, такие как алюминиевые сплавы, благодаря улучшенным характеристикам настоящего изобретения.

Описание примера настоящего изобретения в конструкции арочного типа, обычно упоминаемой как арка пешеходного перехода, приводится со ссылкой на фиг.1. Понятно, конечно, что конструкцию по настоящему изобретению можно использовать в различных устройствах, к которым относятся овальная коробчатая галерея, круглая галерея, эллиптическая галерея и т.п. Конструкция 10 имеет пролет, показанный линией 12, и высоту, показанную линией 14. Форма поперечного сечения арки в сочетании с размерами высоты и пролета определяет просвет, образуемый арочной конструкцией, которая конструктивно приспособлена для использования в транспортных виадуках, которые могут служить эстакадой для движения легкового автотранспорта, грузовых машин, поездов и т.п. Как вариант, арку 10 можно использовать в качестве моста через реку или водные источники другого типа. Часть основания 16 арки устанавливают на соответствующие фундаменты в соответствии со стандартными технологиями строительства арочных конструкций. Арку 10 монтируют посредством соединения вместе первого комплекта профилированных стальных листов (18) гофрированной формы, их соединение обозначено пунктирной линией 20. Первый комплект взаимосвязанных листов образует основную арочную конструкцию, обеспечивающую пролет 12 с нужным поперечным сечением и высотой 14. Продольное направление длины арки показано линией 22, которая определяет количество взаимосвязанных листов, которое необходимо для получения арки нужной длины. Длина арки определяется, главным образом, шириной эстакады. Первый комплект гофрированных взаимосвязанных листов имеет гофры конкретной формы, которые образуют множество изогнутых колонн балочного типа. Каждый гофр 21, будучи расположен поперек арки, функционирует как изогнутая колонна балочного типа, которая оказывает сопротивление положительным и отрицательным изгибающим моментам и осевым нагрузкам в конструкции основной арки.

Как более подробно показано на фиг.3, листы представляют собой гофрированный металл, предпочтительно сталь, определенной толщины, имеющий гребни и впадины, расположенные поперек продольной длины 22 арки. В соответствии с различными аспектами изобретения различными способами могут быть образованы элементы жесткости из бетона в металлической оболочке посредством размещения второго комплекта листов поверх первого комплекта листов. Для того чтобы реализовать преимущества этого изобретения, композиционные элементы жесткости бетон - металл могут быть образованы путем размещения бетона между первым и вторым комплектами листов. Различные варианты форм вторых комплектов листов описаны в соответствии с приведенными чертежами.

В первом варианте комплект листов предусмотрен как второй комплект гофрированных листов, расположенных без промежутков как в поперечном, так и продольном направлениях арки. Второй комплект профилированных стальных листов 24 гофрированной формы взаимосвязан по типу покрытия с первым комплектом листов 18. Каждый из второго комплекта листов имеет определенную толщину, при этом гребни и впадины расположены поперечно продольной длине 22 арки. Впадины второго комплекта листов соединены с гребнями первого комплекта листов. В соответствии с данным конкретным случаем второй комплект листов заканчивается в месте 26, где линиями 28 показаны места стыковки второго комплекта взаимосвязанных листов. Как будет показано со ссылкой на фиг.2, второй комплект листов может быть расположен в целом по всему поперечному сечению арки или в основной ее части, в зависимости от требований конструктивного решения арки, при наличии соответствующих элементов жесткости изогнутых колонн балочного типа основной конструкции. Второй комплект листов расположен поверх эффективной длины арки для несения нагрузки. Понятно, что при наличии покрытия, в зависимости от угла расположения или формы боковых сторон покрытия, часть основной арки может выступать за пределы покрытия и, поскольку она не несет никакой нагрузки, в этой области венцовой части и/или в боковых частях основной арки второго комплекта листов не требуется.

Как будет описано более подробно со ссылкой на следующие далее фигуры, каждый из открытых концов полостей, образованных между гребнями в данном варианте второго комплекта листов и впадинами первого комплекта листов, которые расположены от концевой части 26 у каждой боковой части арки, закрывают соответствующей пробкой 30. Затем в гребнях верхних листов проделывают отверстия 32 для обеспечения введения бетона в замкнутую полость, как показано стрелкой 34. Понятно, что вдоль полости может быть предусмотрено несколько отверстий 32 для облегчения введения бетона при заполнении полости и предотвращения образования пустот в полости, с тем чтобы получить качественную границу раздела между бетоном и металлом композита, как будет показано со ссылкой на фиг.3 и 4. Как только полости заполнят бетоном, отверстия 32 можно при желании закрыть подходящими пробками 36.

Как показано на фиг.2, арка 10 представляет собой конструкцию арки пешеходного перехода, имеющую венцовую часть, как показано дугой 38, и противостоящие боковые части, как показано дугами 40. Первый комплект листов 18 образует основную арку, которая расположена от соответствующего фундамента 42 на первом конце 44 до второго конца 46, находящегося в фундаменте 48. Второй комплект листов 24 расположен без промежутков поверх венцовой части 38 и поверх участков боковых частей. Величина протяженности второго комплекта листов поверх боковых частей 40 зависит от конструктивных требований. В соответствии с данным вариантом второй комплект листов 24 расположен поверх основного участка боковой части выше поверхности 50 эстакады. Однако понятно, что второй комплект листов может быть расположен на частях основания 44 и 46 арки или может располагаться только в пределах боковых частей, в зависимости от конструктивных требований, для оказания сопротивления положительным и отрицательным изгибающим моментам и осевым нагрузкам. Как изображено на фиг.2, линии 20 показывают область соединения первого комплекта листов, а линии 28 показывают взаимное соединение второго комплекта листов.

Когда проезжая часть дороги должна представлять собой арочную конструкцию, то проезжую часть 50 сооружают в соответствии со стандартными техническими условиями для проезжей части дорог. Фундаменты 42 и 48 помещают на утрамбованную насыпь 52. Выше утрамбованной насыпи находится слой утрамбованного гранулированного материала 54. Проезжая часть дороги 50 может представлять собой слой упрочненного бетона и/или утрамбованного асфальта. Пролет 12 и высоту 14, конечно, выбирают так, чтобы получить замкнутое пространство, достаточное для пропуска под аркой 10 соответствующего автомобильного транспорта, потока воды и т.п.

Выше арки 10 пространство заполняют утрамбованным насыпным грунтом 58, имеющим относительно малую толщину покрытия в области 60. При стальных конструкциях с большим пролетом, как будет описано со ссылкой на фиг.17, обычно укладывают плиты из облегченного бетона и т.п. для несения совместно со стальной аркой 10 высоких временных нагрузок, таких как от движения грузового автотранспорта по поверхности 62 эстакады. У конструкции по настоящему изобретению такие облегченные плиты или другие виды бетонного упрочнения поверх венцовой части 38, где, как показано на фиг.18, не нужны там, требуется покрытие 60 малой толщины. Это является значительным преимуществом конструкции поверхности 62 виадука, поскольку наклон подъездной части 64 значительно уменьшается. Поверхность 62 виадука сооружают обычным образом, когда участок 66 имеет обычно утрамбованный слой гранулированного материала и верхний слой из бетона и/или асфальта. В соответствии с настоящим изобретением за счет использования расположенных без промежутков по окружности в поперечном направлении элементов жесткости, образованных отдельными заполненными полостями, такая конструкция обеспечивает упрочнение арки, которая легко выдерживает высокую временную нагрузку от движения грузового транспорта по виадуку 62. Заключенный в металлическую оболочку бетон в отдельных полостях, образованных между первым и вторым комплектами листов, обеспечивает унифицированное конструктивное решение композиционной арочной структуры, способной оказывать сопротивление изгибающим и осевым нагрузкам, приложенным к арочной структуре.

Композиционный упрочняющий элемент жесткости по настоящему изобретению получают при заполнении полости, образованной при соединении внахлестку первого и второго комплектов листов 18 и 24. Как показано на сечении 3-3 фиг.3, гофрированный стальной лист первого комплекта образует впадину 68, противолежащую гребню 70 второго комплекта листов. В соответствии с этим конкретным вариантом первый и второй гофрированные листы имеют синусоидальные гофры, которые идентичны у первого и второго листов 18 и 24. Первый и второй листы соединены вместе там, где вершина гребня 72 первого листа контактирует с вершиной впадины 74 второго листа. Листы могут быть соединены в этом месте с помощью различных типов крепежных средств. Предпочтительно использовать болты 76, пропущенные через соосные отверстия в первом и втором листах, соединяемые с помощью соответствующих гаек 78. Полость 80, в том виде, как она образована внутренними поверхностями 82 первого листа и 84 второго листа, расположена непрерывно от концов 26 вторых листов поперек арки. Бетон 86 заполняет полость 80 с образованием границы раздела 88 композита при соединении бетона 86 с внутренними поверхностями 82 и 84 стенок 90 и 92 соответствующих листов. Когда к арочной конструкции приложена нагрузка, граница раздела металл/бетон оказывает в композите упрочняющее действие благодаря влиянию средств 94, предусмотренных на внутренней поверхности 82 первого и второго листов, которые обеспечивают поперечную связь на границе раздела 88 между металлическими пластинами 90 и 92 и бетоном 86. Сопротивление сдвигу средств 94 выбирают в зависимости от конструктивных требований к арочному мосту 10. Понятно, что средство поперечной связи 94 может либо составлять единое целое с листами 90 и 92, либо быть присоединено к ним для оказания сопротивления сдвигу на границе раздела 88. В соответствии с конкретным вариантом, приведенным на фиг.3, средства поперечной связи 94 представляют собой отдельные штифты 96, присоединенные к внутренним поверхностям 82 и 84. В этом конкретном варианте штифты 96 присоединены к вершине 98 впадин 68 и вершине 100 гребней 70 второго комплекта листов. Такое расположение соединительных элементов поперечной связи обеспечивает повышение прочности изогнутой балки за счет предусмотренной поперечной связи в самом дальнем от центра и лежащем глубоко внутри волокна элемента жесткости, где напряжения сдвига максимальны в процессе изгиба.

Характерные особенности упрочнения отдельных смежных изогнутых элементов жесткости более подробно представлены на фиг.4. Первый и второй листы 18 и 20 образуют сплошную замкнутую полость, заполненную бетоном 86, с получением композиционного элемента бетон/сталь благодаря поперечным элементам 96 связи. Поперечные элементы 96 связи присоединены к поверхности раздела 88, чтобы бетон и сталь действовали в унисон, когда к арочной конструкции приложена нагрузка. В соответствии с настоящим изобретением при таком конструктивном решении усиленные элементы жесткости в арке способны оказывать сопротивление как положительным, так и отрицательным изгибающим моментам на арке, вызванным приложением нагрузок в верхней части, таких как высокие нагрузки от движения грузового автотранспорта. Другие конструктивные решения неспособны неукоснительно обеспечить сопротивление значительным положительным и отрицательным изгибающим моментам в конструкции. Другие конструктивные решения нуждаются в использовании облегчающих напряжения плит или стальной арматуры, располагаемых над конструкцией, чтобы либо снизить, либо обеспечить сопротивление положительному и отрицательному изгибу. Другие преимущества, которые вытекают из использования композита в соответствии с настоящим изобретением, состоят в том, что можно снизить толщину или вес металла, используемого при сборке первого и второго листов. Для листов могут испо