Пролетное строение

Пролетное строение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области мостостроения, к мостам, характеризующимся поперечным сечением конструкции, а конкретно к конструкциям пролетных строений, преимущественно надземных пешеходных переходов.

Известна, например, конструкция пролетного строения - «Cool Pedestrian Bridge in France» (описанный, например, на сайте www.toxel.com), имеющего сборную блочную структуру и цилиндрическую решетчатую форму, образованную винтовыми перекрестно-спиральными и поперечными силовыми элементами из стали, внутри цилиндрической поверхности расположен пешеходный настил с ограждениями.

Общими существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения, являются следующие: пролетное строение имеет сборную блочную и близкую к цилиндрической решетчатую структуру, образованную винтовыми перекрестно-спиральными силовыми элементами, с расположением внутри цилиндрической поверхности пешеходного настила с ограждением.

Известная конструкция имеет значительный собственный вес, что требует достаточно частого расположения силовых элементов, а также большегрузной транспортной и подъемной техники для ее монтажа, мощных опор и фундаментов, подвержена коррозии и недостаточно долговечна.

Предлагаемым изобретением решается техническая задача существенного снижения веса конструкции, упрощения ее монтажа и обеспечения длительного срока безремонтной эксплуатации.

Для достижения названного технического результата пролетное строение, имеющее сборную блочную и близкую к цилиндрической решетчатую структуру, образованную винтовыми перекрестно-спиральными силовыми элементами, с расположением внутри цилиндрической поверхности пешеходного настила с ограждением в отличие от прототипа содержит не менее трех расположенных в решетчатой структуре продольных силовых элементов, не менее двух из которых расположены в нижней части и являются опорой пешеходного настила, при этом винтовые перекрестно-спиральные и продольные силовые элементы выполнены из композитного материала и имеют взаимные пересечения, выполненные заедино при изготовлении, при этом каждый блок выполнен из нескольких радиальных модулей, соединенных по продольным силовым элементам клееболтовым соединением.

Также дополнительно для обеспечения необходимых схем движения пешеходов пролетное сооружение имеет лучевую форму, при этом количество лучей может быть равно как двум (в форме угла), так и более, например в форме креста, звезды и т.п. Также для снижения веса конструкции угол взаимного пересечения винтовых перекрестно-спиральных элементов может быть выполнен уменьшающимся от краев пролетного строения к середине, т.е. от зон с максимальными нагрузками к зоне с минимальными. При этом наиболее рациональным с точки зрения жесткости и легкости полученной конструкции методом изготовления радиальных модулей является метод пропитки под вакуумом (метод вакуумной инфузии).

Отличительными признаками предложенного пролетного моста являются следующие: содержит не менее трех расположенных в решетчатой структуре продольных силовых элементов, не менее двух из которых расположены в нижней части и являются опорой пешеходного настила, при этом винтовые перекрестно-спиральные и продольные силовые элементы выполнены из композитного материала и имеют взаимные пересечения, выполненные заедино при изготовлении, при этом каждый блок выполнен из нескольких радиальных модулей, соединенных по продольным силовым элементам клееболтовым соединением.

Также дополнительно пролетное сооружение может иметь лучевую форму; угол взаимного пересечения винтовых перекрестно-спиральных элементов может быть выполнен уменьшающимся от краев пролетного строения к середине; радиальные модули изготовлены методом пропитки под вакуумом.

Благодаря наличию данных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий технический результат - за счет применения композитных материалов существенно снижается вес конструкции, упрощается ее монтаж и обеспечивается длительный срок ее безремонтной эксплуатации.

Данная конструкция может быть использована для организации различных пешеходных переходов, над дорогами, ж/д путями, водными препятствиями и т.п.

Предлагаемая конструкция поясняется фиг.1, 2, 3.

На фиг.1 изображен общий вид пролетного строения, а также варианты поперечного сечения - круглого и овального.

На фиг.2 изображен радиальный модуль блока пролетного строения.

На фиг.3 показан типовой узел соединения блоков пролетного строения.

Изображенное на фиг.1-3 пролетное строение 1 представляет собой композитную решетчатую конструкцию с продольными 2 и винтовыми перекрестно-спиральными 3 элементами (фиг.1). Продольные элементы 2 располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности вокруг центральной оси. Их количество может быть различным, в данном случае - четыре продольные балки (при использовании трех продольных 2 элементов - двух внизу и одного сверху, исходя из нагрузок, несущая способность верхнего элемента 2 не менее чем в два раза превышает несущую способность одинарного нижнего). Эти элементы воспринимают продольные растягивающие и сжимающие нагрузки. Количество продольных элементов 2 выбрано исходя из условий обеспечения организации пешеходного прохода 4 в нижней части пролетного строения 1 и возможности устройства укрытия от дождевых и снеговых осадков в верхней и боковых частях сечения пролета (светопрозрачные ограждающие конструкции не приведены). Винтовые перекрестно-спиральные элементы 3 располагаются на цилиндрической поверхности, ориентированной вдоль центральной оси, пересекаясь с продольными элементами 2. Винтовые элементы 3 воспринимают срезывающие и скручивающие усилия, а также препятствуют потере устойчивости продольных элементов 2. На фиг.1 также показаны различные варианты исполнения решетчатой ферменной балки в поперечном сечении. Исходный вариант решетчатой конструкции имеет в сечении вид окружности, однако по компоновочным соображениям, а также для снижения массы пролета 1 возможно выполнение поперечного сечения овальным или эллиптическим с расположением большей оси горизонтально или вертикально. При большой длине пролета (более 30 метров) выгодно расположение большей оси эллипса вертикально, что увеличивает момент сопротивления сечения в плоскости действия основной и снеговой нормативной нагрузки.

Сечения самих продольных 2 и винтовых перекрестно-спиральных 3 элементов может быть различным (в т.ч. в одном пролетном строении 1): пустотелый квадрат, прямоугольное сечение, многоугольник, сплошной круговой стержень, трубчатое сечение и т.д., в том числе и по площади поперечного сечения, и определяется из расчета и в зависимости от уровня действующих напряжений.

Угол β при вершине пересечения перекрестно-спиральных элементов 3 лежит в диапазоне от 70 до 120 градусов (в т.ч. может быть переменным - уменьшающимся от краев к центру) и также определяется расчетным путем в зависимости от длины пролета 1, уровня действующих напряжений и зоны расположения элемента в пролете. Для краевых зон пролетного строения 1, с высоким уровнем действующих напряжений, угол β должен быть максимальным и приближенным к 120°. Для средних зон, близких к оси симметрии пролетного строения 1, угол β при вершине пересечения перекрестно-спиральных элементов 3 может быть уменьшен до 70°. При этом шаг спирали, как правило, определенный и постоянный для одного типа мостов (одной оснастки), но может быть и переменным.

На фиг.2 показан модульный спиральный элемент 5, который представляет собой часть поперечного сечения пролетного строения. Для последующей стыковки модулей 5 он имеет диагональную плоскость 6, по которой в последующем, после изготовления модуля 5, осуществляется клееболтовое соединение в единый цилиндрический блок 7. Путем наращивания блоков 7 по длине достигается сборка целого пролетного строения необходимой длины. Блоки 7 стыкуются между собой при помощи фланцевых соединений или с помощью традиционных накладок 8 (внутренних и (или) наружных), устанавливаемых на продольные силовые элементы 2 (фиг.3).

На фиг.3 показан типовой узел соединения блоков 7. Поперечный стык 9 стыкуется через композитную или металлическую плиту - накладку 8. Для обеспечения возможности установки накладки 8 в концевых частях продольных элементов 2, непосредственно примыкающих к стыку, организована подсечка (ступенька) по плоскости 6 на величину толщины стыковочной накладки 8. Длина подсечки и длина накладки 8 согласованы. Ширина накладки 8 равна длине диагонали по поверхности 6 продольного элемента 2, а длина и толщина определяются расчетами, но должна обеспечивать равнопрочность со стыкуемыми элементами 2. Сборка стыка осуществляется болтовым соединением 10. Для обеспечения установки болтов и работы гаечными ключами в продольных элементах 2 выполнены стаканы (колодцы) 11. Для обеспечения длительной прочности соединения и устранения зазоров соединение производится, например, на полиуретановом клее.

В качестве пешеходного настила 4 сходов используется, как правило, тоже композитный материал.

Технология изготовления. Предлагаемое в заявке пролетное строение 1 может быть изготовлено несколькими способами. Наиболее подходящими способами изготовления являются: метод пропитки под давлением, прямого прессования или метод ручной выкладки.

Разновидностью технологии пропитки под давлением является пропитка под вакуумом (вакуумная инфузия), это технология изготовления композитного материала, которая использует силу вакуумного разрежения для ввода смолы в ламинат. Размеры детали могут быть от небольших, с площадью поверхности менее 1 кв.м до крупных деталей, например корпусов яхт. Этот метод особенно эффективен при изготовлении деталей большого размера: затраты на оснастку по сравнению с другими методами минимальны. При пропитке под вакуумом отпадает необходимость в наружном механизме замыкания, так как эту функцию выполняет вакуум, а в качестве материала форм могут быть использованы армированные полимерные композитные материалы (ПКМ). Созданный вакуум в полости формы способствует улучшению пропитки волокна смолой, уменьшению воздушных включений и снижению стоимости формы. Процесс изготовления. Для уменьшения стоимости оснастки и для возможности изготовления пролетов различной длины конструкция пролета разделена на блоки 7 и секции модульного типа 5 (фиг.2). Длина модуля 5 выбирается исходя из длины между узлами спиральных силовых элементов, угла между ними, технологических возможностей, а также условий транспортирования.

Суть метода заключается в том, что в заранее подготовленную матрицу укладывается сухой, предварительно раскроенный стекломатериал. Через систему воздушных шлангов с помощью вакуумного насоса в рабочей полости установленной толщины создается вакуум. Смола подается насосом в полость формы под рассчитанным давлением через отверстие инжекции. Для облегчения прохода смолы через материал используется вакуум, который создается внутри формы. Как только смола пропитала весь стекломатериал, инжекцию останавливают и ламинат оставляют в форме, при установленной величине разрежения происходит полимеризация изделия. Отверждение может проходить при обычной или повышенной температурах. При условии использования специальных смол время полимеризации при вакуумной инфузии снижается. Далее система «матрица - пуансон» раскрывается, готовое изделие извлекается из матрицы.

В привычной технике открытого (ручного) формования армирующие слои закладываются в оснастку, затем на них с помощью кистей и валиков наносится смола (связующее), количество которой достаточно велико. Предлагаемый метод вакуумной инфузии благодаря использованию вакуума не позволяет лишней смоле попасть в ламинат. Этот метод значительно улучшает соотношение волокно-смола в ламинате, в результате чего получают более жесткое и легкое изделие.

Технология сборки. В производственных условиях производится по кондукторам сверловка всех стыковочных отверстий в модульных элементах 5. Затем производится транспортировка модулей 5 на место установки пролета 1. На месте монтажа модульные элементы 5 собираются в блоки 7, блоки 7 стыкуются между собой. Далее устанавливается настил 4, светопрозрачное ограждение и перила, опорные части (не изображены), и пролетное строение 1 устанавливается на береговые опоры и, при необходимости, на промежуточные опоры (опоры изготавливаются стандартного типа - железобетонные или металлические, не изображены).

Если позволяют условия транспортировки, модульные элементы 5 могут быть собраны в цеховых условиях в блоки 7 и затем доставлены как негабаритный груз на место монтажа.

1. Пролетное строение, имеющее сборную блочную и близкую к цилиндрической решетчатую структуру, образованную винтовыми перекрестно-спиральными силовыми элементами, с расположением внутри цилиндрической поверхности пешеходного настила с ограждением, отличающееся тем, что содержит не менее трех расположенных в решетчатой структуре продольных силовых элементов, не менее двух из которых расположено в нижней части и являются опорой пешеходного настила, при этом винтовые перекрестно-спиральные и продольные силовые элементы выполнены из композитного материала и имеют взаимные пересечения, выполненные заедино при изготовлении, при этом каждый блок выполнен из нескольких радиальных модулей, соединенных по продольным силовым элементам клееболтовым соединением.

2. Пролетное строение по п.1, отличающееся тем, что имеет лучевую форму.

3. Пролетное строение по п.1 или 2, отличающееся тем, что угол взаимного пересечения винтовых перекрестно-спиральных элементов выполнен уменьшающимся от краев пролетного строения к середине.

4. Пролетное строение по п.1 или 2, отличающееся тем, что радиальные модули изготовлены методом пропитки под вакуумом.

5. Пролетное строение по п.3, отличающееся тем, что радиальные модули изготовлены методом пропитки под вакуумом.