PL193238B1 - Urządzenie do wzajemnego podparcia dwóch części konstrukcyjnych - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do wzajemnego podparcia dwóch czesci konstrukcyjnych, skladajace sie z co najmniej jednej rury sciskanej, umieszczonej miedzy czolowymi plytami przenoszacymi nacisk, znamienne tym, ze rura sciskana (2) jest umiesz- czona wspólosiowo miedzy dwiema rurami pod- porowymi (5, 6), majacymi mniejsza dlugosc od rury sciskanej (2), z których zewnetrzna rura podporowa (6) otacza rure sciskana (2) z pozo- stawieniem szczeliny pierscieniowej. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wzajemnego podparcia dwóch części konstrukcyjnych, stosowanych przykładowo jako obudowy przy drążeniu tuneli, zderzaki pojazdów.

W celu opanowania dużych odkształceń obudów, mogących występować podczas drążenia tunelu w trudnym górotworze, obudowa tunelu jest dzielona przez szczeliny skurczowe, przebiegające w kierunku wzdłużnym tunelu, na segmenty, przy czym dzięki elementom ściskanym, osadzonym w szczelinach skurczowych, jest zapewniona odpowiednia podporność obudowy. Jednakże przenoszone przez te elementy ściskane siły nacisku muszą być ograniczone, aby uniknąć przeciążenia obudowy. W celu uzyskania odpowiedniego oporu nacisku na żądanej drodze stosowano już elementy ściskane w postaci rur ściskanych, zamocowanych od strony czołowej pomiędzy dwiema płytami przenoszącymi nacisk. Okazało się jednak, że w przypadku osiowego obciążenia, przewyższającego opór wyboczeniowy rur ściskanych, występują w rurach ściskanych pierścieniowe wybrzuszenia wyboczeniowe, wskutek czego zmniejsza się przyjmowana siła nacisku do chwili, aż ścianki, tworzących się fałd pierścieniowych, zetkną się ze sobą. Następnie przenoszona siła nacisku wzrasta ponownie aż do następnego wybrzuszenia wyboczeniowego z utworzeniem wspomnianej fałdy pierścieniowej, wskutek czego proces wyboczenia powtarza się. W celu zmniejszenia stosunkowo dużego szczytowego obciążenia przed początkiem procesu wyboczenia, początkowy opór ściskania rur ściskanych jest zmniejszony przez otwory, umieszczone w ich obszarze pierścieniowym. Pomimo odpowiedniego zwymiarowania rur ściskanych, umożliwiającego ich dopasowanie do stawianych wymagań, jest pożądane polepszenie właściwości ściskania takich elementów ściskanych, a tym samym zwiększenie skutecznego oporu wyboczenia obudowy, bez konieczności uwzględniania jej przeciążenia, zwłaszcza, że obudowy mogą być wytwarzane z betonu natryskiwanego, z betonu przygotowywanego na miejscu budowy lub stanowić obudowę stalową albo tubingową. W związku z tym jest oczywiste, że należy również uwzględnić nie tylko osiowo symetryczne obciążenia, powodujące dalszy spadek nacisku.

Zadaniem wynalazku jest takie ukształtowanie urządzenia do wzajemnego podparcia dwóch części konstrukcyjnych, aby za pomocą prostych środków konstrukcyjnych, można ograniczyć spadek nacisku, związany z rozdęciem wyboczeniowym ściskanej rury, a tym samym polepszyć podporność urządzenia.

Zadanie to zostało rozwiązane według wynalazku dzięki temu, że rura ściskana jest umieszczona współosiowo między dwiema rurami podporowymi, mającymi mniejszą długość od rury ściskanej, z których zewnętrzna rura podporowa otacza rurę ściskaną z pozostawieniem szczeliny pierścieniowej.

Według wynalazku obie rury podporowe są podzielone na dwa odcinki, połączone z obiema czołowymi płytami przenoszącymi nacisk.

Korzystnie rura ściskana posiada odcinek pierścieniowy o mniejszym oporze wyboczeniowym.

Zgodnie z wynalazkiem szczelina pierścieniowa między rurą ściskaną a zewnętrzną rurą podporową z jednej strony, względnie między rurą ściskaną a wewnętrzną rurą podporową z drugiej strony, zawiera wypełnienie, przykładowo piasek lub tworzywo piankowe.

W innym wykonaniu zewnętrzna rura podporowa jest otoczona współosiowo z pozostawieniem szczeliny pierścieniowej przez co najmniej jedną następną rurę podporową, przy czym długość rur podporowych zmniejsza się wraz ze zwiększającym się promieniem szczeliny.

Ponieważ zewnętrzna rura podporowa przerywa proces wybrzuszenia wyboczeniowego, spowodowany obciążeniem osiowym rury ściskanej, zanim na rurze ściskanej utworzy się fałda pierścieniowa, przylegająca do ścian rur podporowych, to również jest ograniczony, spowodowany procesem wybrzuszenia wyboczeniowego, spadek przenoszonych sił nacisku, prowadzący do odpowiednio wyższego oporu odkształcającego.

Zewnętrzna rura podporowa, ograniczająca proces wybrzuszenia wyboczeniowego, nie pozwala na wgniecenie wyboczeniowe ściskanej rury, wpływające ujemnie na możliwość obciążenia, ponieważ promieniowa szczelina między wewnętrzną rurą podporową a rurą ściskaną jest nieznaczna. Tak więc promieniowy odstęp między zewnętrzną rurą podporową a rurą ściskaną określa wielkość możliwego wybrzuszenia wyboczeniowego rury ściskanej, dzięki czemu w prosty sposób można sterować wielkością ściskania rury podporowej. Ponadto ograniczenie wybrzuszenia wyboczeniowego rury ściskanej przez rury podporowe wymusza w znacznym stopniu symetryczne wybrzuszenie wyboczeniowe, dzięki czemu uzyskuje się polepszony opór wyboczeniowy przy niesymetrycznych obciążeniach rury ściskanej.

PL 193 238 B1

Podzielenie obu rur podporowych na dwa odcinki, połączone z obiema czołowymi płytami przenoszącymi nacisk zapewnia, że rury podporowe znajdują się zawsze w obszarze wyboczenia, niezależnie od tego, w obszarze której płyty przenoszącej nacisk, występuje wybrzuszenie wyboczeniowe. Ustalenie miejscowego wybrzuszenia wyboczeniowego i wyeliminowanie obciążenia szczytowego, występującego przed wybrzuszeniem wyboczeniowym, w prosty sposób zostało dokonane przez osłabienie przekroju poprzecznego rury ściskanej za pomocą otworów.

Wypełnienie szczeliny pierścieniowej, przykładowo piaskiem lub tworzywem piankowym, pozwala dodatkowo wpływać na wielkość wybrzuszenia wyboczeniowego.

Również, gdy zewnętrzna rura podporowa jest otoczona współosiowo z pozostawieniem szczeliny pierścieniowej przez co najmniej jedną następną rurę podporową, to można uzyskać zależne od drogi ściskania, stopniowe zmniejszenie spadku przenoszonych sił nacisku, związanych z procesem wyboczenia.

Dzięki temu zwiększa się opór odkształcenia elementu ściskanego na wstępnie zadanej drodze ściskania, co można przykładowo wykorzystać do uwzględnienia dodatkowego obciążenia, na przykład nakładaną okładziną betonową, której grubość zwiększa się wraz z utwardzaniem betonu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urządzenie w przekroju osiowym, fig. 2 - wykres ściskania rury ściskanej według stanu techniki na podstawie przebiegu siły na drodze ściskania, a fig. 3 - odpowiadający fig. 2 wykres ściskania urządzenia według wynalazku.

Urządzenie, według przedstawionego przykładu wykonania, składa się z dwóch czołowych płyt 1 przenoszących nacisk, między którymi jest umieszczona rura ściskana 2. Na rurze ściskanej 2, a w zasadzie na jej czołowych płytach 1, opierają się segmenty 3 obudowy tunelu, które są oddzielone od siebie przez, przebiegające w kierunku wzdłużnym tunelu, szczeliny skurczowe 4. Rura ściskana 2 jest umieszczona współosiowo między wewnętrzną rurą podporową 5 a zewnętrzną rurą podporową 6. Rury te są podzielone na dwa odcinki 5a, 6a. Odcinki rurowe 5a i 6a są połączone z obiema przenoszącymi nacisk czołowymi płytami 1. W obszarze dolnej krawędzi czołowej rury ściskanej 2, są wykonane otwory 7, które z powodu osłabienia przekroju poprzecznego określają początkowy opór wyboczenia rury ściskanej 2. Jeżeli osiowe obciążenie naciskiem rury ściskanej 2 pod wpływem segmentów 3 obudowy wzrasta ponad opór wyboczenia, to wówczas rozpoczyna się pierścieniowe wybrzuszenie wyboczeniowe rury ściskanej 2 w obszarze otworów 7.

Zewnętrzna rura podporowa 6 otacza rurę ściskaną 2 z pozostawieniem pierścieniowej szczeliny.

Szczelina pierścieniowa pomiędzy rurą ściskaną 2 a zewnętrzną rurą podporową 6 korzystnie jest wypełniona piaskiem lub piankowym tworzywem sztucznym, co pozwala dodatkowo wpływać na wielkość wybrzuszenia wyboczeniowego rury ściskanej 2.

W innym, nie przedstawionym wykonaniu zewnętrzna rura podporowa 6 jest otoczona, z pozostawieniem szczeliny pierścieniowej, przez co najmniej jedną następną rurę podporową, przy czym długość tych rur podporowych zmniejsza się wraz ze zwiększającą się szczeliną pierścieniową. Dzięki temu można uzyskać zależne od drogi ściskania, stopniowe zmniejszenie spadku przenoszonych sił nacisku, związanych z procesem wyboczenia. Dzięki temu rura podporowa, zamocowana między czołowymi płytami przenoszącymi nacisk, na drodze ściskania, wynikającej z różnicy długości między rurą ściskaną a sąsiednią zewnętrzną rurą podporową, staje się rurą ściskaną, której wielkość wyboczenia jest określona w analogiczny sposób przez drugą rurę podporową. A więc zwiększa się opór odkształcenia elementu ściskanego na wstępnie zadanej drodze ściskania, co może być przykładowo wykorzystane do uwzględnienia obciążenia nakładaną okładziną betonową, zwiększającą się wraz z utwardzaniem się betonu.

Na fig. 2 jest przedstawiony znany ze stanu techniki przebieg sił na drodze ściskania, w przypadku rury ściskanej ze swobodnym wyboczeniem. Pomiary przeprowadzono na podstawie rury ściskanej ze stali St 37 o wymiarach: wysokość 400 mm, średnica 88,9 mm, grubość ścianki 2,9 mm. Otwory 7 w obszarze dolnej strony czołowej miały średnicę 15 mm.

Jak wynika z fig. 2, proces wybrzuszenia wyboczeniowego rozpoczyna się w przypadku występowania siły między 130 a 140 kN, przy czym wskutek powstania wybrzuszenia wyboczeniowego zmniejsza się przenoszona siła.

Przenoszona siła zmniejszyła się do około 50 kN na drodze ściskania 20 mm, zanim uzyskano stabilizację siły, w wyniku nałożenia na siebie ścianek tworzącej się pierścieniowej fałdy w rurze ściskanej.

PL 193 238 B1

Figura 3 przestawia przebieg sił na drodze ściskania w urządzeniu według wynalazku. Pomiar przeprowadzono w odniesieniu do zewnętrznej rury podporowej 6 mającej średnicę 108 mm i grubość ścianki 2,9 mm. Wewnętrzna rura podporowa 5 miała średnicę 82,5 mm i grubość ścianki 2,6 mm.

Jak pokazuje wykres według fig. 3 przenoszona siła zmniejsza się do około 100 kN na drodze ściskania około 8 mm. Z powodu podparcia rury ściskanej 2 w obszarze wybrzuszenia zarówno na zewnętrznej rurze podporowej 6 jak i na wewnętrznej rurze podporowej 5, przenoszona siła nacisku zwiększa się aż do wystąpienia nowego wyboczenia, przy czym z powodu nie osłabionego przekroju poprzecznego rury ściskanej 2 jej opór wyboczenia jest znacznie wyższy od oporu w przypadku pierwszego wybrzuszenia wyboczeniowego.

W podobny sposób przebiega według fig. 2 wzrost przenoszonych sił nacisku ponad opór wyboczeniowy pierwszego wybrzuszenia wyboczeniowego.

Natomiast w urządzeniu według wynalazku przy prowadzeniu rury ściskanej 2 między obiema rurami podporowymi 5 i 6 opór wyboczenia jest pokonany dopiero w przypadku wyższej siły, przy czym występujący w przypadku nowego wybrzuszenia wyboczeniowego spadek przenoszonej siły jest z kolei ograniczony przez zewnętrzną rurę podporową 6.

Z porównania fig. 2 i fig. 3 bezpośrednio wynika, że za pomocą urządzenia według wynalazku można w sposób celowy zwiększyć przenoszone siły i odpowiednio je dopasować do każdorazowej drogi ściskania.

Pomimo, że urządzenie według wynalazku opisano na podstawie obudowy tunelu, to zastosowanie urządzenia według wynalazku nie jest ograniczone do tej dziedziny. Może być ono korzystnie użyte tam, gdzie konieczne jest zapewnienie przenoszenia określonych sił nacisku na drodze ściskania, jak jest to wymagane przykładowo w przypadku podparcia zderzaków pojazdów.

Claims (5)

1. Urządzenie do wzajemnego podparcia dwóch części konstrukcyjnych, składające się z co najmniej jednej rury ściskanej, umieszczonej między czołowymi płytami przenoszącymi nacisk, znamienne tym, że rura ściskana (2) jest umieszczona współosiowo między dwiema rurami podporowymi (5, 6), mającymi mniejszą długość od rury ściskanej (2),z których zewnętrzna rura podporowa (6) otacza rurę ściskaną (2) z pozostawieniem szczeliny pierścieniowej.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obie rury podporowe (5, 6) są podzielone na dwa odcinki (5a, 6a), połączone z obiema czołowymi płytami (1) przenoszącymi nacisk.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że rura ściskana (2) posiada odcinek pierścieniowy o mniejszym oporze wyboczeniowym.

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że szczelina pierścieniowa między rurą ściskaną (2) a zewnętrzną rurą podporową (6) z jednej strony, względnie między rurą ściskaną (2) a wewnętrzną rurą podporową (5) z drugiej strony, zawiera wypełnienie, przykładowo piasek lub tworzywo piankowe.

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zewnętrzna rura podporowa (6) jest otoczona współosiowo z pozostawieniem szczeliny pierścieniowej przez co najmniej jedną następną rurę podporową, przy czym długość rur podporowych zmniejsza się wraz ze zwiększającym się promieniem szczeliny.