RU2567253C1

RU2567253C1 - Arched bridge

Info

Publication number: RU2567253C1
Application number: RU2014122993/03A
Authority: RU
Inventors: Александр Юрьевич Фролов; Анатолий Сергеевич Пермикин; Илья Сергеевич Осокин
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2015-11-10

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: lower rib of arches, struts and suspensions are made of ropes; with that, struts are located between the ribs and attached to upper and lower arch ribs, and the suspensions are attached to the upper arch rib and a stiffening beam. Struts and the lower rib are located in inclined planes of arches, and the suspensions are made between arches in the planes parallel to them.

EFFECT: reduction of proper weight of the structure and metal consumption.

7 dwg

Description

Изобретение относится к мостам, характеризующимся типом конструкции, а именно к арочным мостам.The invention relates to bridges characterized by a type of structure, namely to arched bridges.

Известен мост с решетчатой аркой (Богданов Г.И., Владимирский С.Р., Козьмин Ю.Г., Кондратов В.В. Проектирование мостов и труб. Металлические мосты: Учебник для вузов ж.-д. транспорта / Под редакцией Ю.Г. Козьмина. - М.: Маршрут, 2005. - С. 325, рис. 8.2в), включающий две параллельно расположенные друг к другу арки, выполненные из жестких стержневых элементов, состоящие из верхнего и нижнего поясов, объединенные подкосами, балку жесткости с проезжей частью моста, подвески, закрепленные на арках и балке жесткости.The famous bridge with a trellised arch (Bogdanov G.I., Vladimirsky S.R., Kozmin Yu.G., Kondratov V.V. Design of bridges and pipes. Metal bridges: Textbook for universities of railway transport / Edited by Yu .G. Kozmina. - M.: Route, 2005. - S. 325, Fig. 8.2c), including two parallel arches arranged to each other, made of rigid rod elements, consisting of upper and lower zones, joined by struts, a beam stiffness with the roadway of the bridge, pendants mounted on arches and a stiffener.

Недостатком данного устройства является большой собственный вес конструкции, нерациональное использование прочностных свойств несущих конструкций.The disadvantage of this device is the large dead weight of the structure, the irrational use of the strength properties of load-bearing structures.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является арочное пролетное строение (Пат. РФ 2485243, МПК E01D/00. А.В. Бобриков, С.Н. Коренев, И.О. Королев, Г.П. Корноухов, А.А. Бриньков. Арочное пролетное строение. - Опубл. 20.06.2013), включающее две наклонно расположенные друг к другу арки, выполненные из жестких стержневых элементов, состоящие из верхнего и нижнего поясов, объединенных подкосами, балку жесткости с проезжей частью моста, подвески в виде канатов, закрепленных на арках и балке жесткости.The closest in technical essence to the proposed device is an arch span (Pat. RF 2485243, IPC E01D / 00. A.V. Bobrikov, S.N. Korenev, I.O. Korolev, G.P. Kornoukhov, A.A. Brinkov. Arch span. - Publish. 06/20/2013), including two arches inclined to each other, made of rigid rod elements, consisting of upper and lower zones joined by struts, a stiffener with a carriageway of the bridge, suspension in the form ropes mounted on arches and a stiffener.

Цель изобретения - уменьшение собственного веса конструкции и расхода металла.The purpose of the invention is to reduce the dead weight of the structure and metal consumption.

Указанная цель достигается тем, что часть элементов конструкции выполнена из канатов.This goal is achieved by the fact that part of the structural elements are made of ropes.

Сущность изобретения заключается в том, что нижние пояса арок, подкосы и подвески выполнены из канатов, причем подкосы расположены между поясами и прикреплены к верхнему и нижнему поясам арок, а подвески прикреплены к верхнему поясу арок и балке жесткости, причем подкосы и нижний пояс расположены в наклонных плоскостях арок, а подвески - в параллельных им плоскостях между арками.The essence of the invention lies in the fact that the lower zones of the arches, struts and pendants are made of ropes, and the struts are located between the belts and attached to the upper and lower belts of the arches, and the pendants are attached to the upper belt of the arches and the stiffener, and the struts and the lower belt are located in inclined planes of arches, and pendants - in parallel to them planes between arches.

На фиг. 1 представлена схема фасада арочного моста, включающая арку, состоящую из верхнего выпуклого пояса 1 из жесткого материала и нижнего пояса 2, выполненного из канатов, стрела подъема которого равна 0,6-0,9 стрелы подъема верхнего пояса 1, верхний 1 и нижний 2 пояса соединены подкосами 3, выполненными из канатов и закрепленными на верхнем 1 и нижнем 2 поясах, таким образом, что образуют зигзагообразную линию, симметричную относительно середины моста, а между верхним 1 поясом и балкой жесткости 4 прикреплены подвески 5 из канатов, причем с одной стороны моста верхний пояс арки 1 и балка жесткости 4 опираются на неподвижные опоры 6, а с другой стороны - на подвижные опоры 7.In FIG. 1 is a diagram of the facade of the arch bridge, including an arch consisting of an upper convex belt 1 of hard material and a lower belt 2 made of ropes, the lifting arrow of which is 0.6-0.9 the lifting arrow of the upper belt 1, upper 1 and lower 2 the belts are connected by struts 3 made of ropes and fixed on the upper 1 and lower 2 belts in such a way that they form a zigzag line symmetrical with respect to the middle of the bridge, and between the upper 1 belt and the stiffener 4 pendants 5 from the ropes are attached, on one side of the bridge, the upper belt of the arch 1 and the stiffening beam 4 are supported by fixed supports 6, and on the other hand, by movable supports 7.

На фиг. 2 представлена схема поперечного сечения арочного моста по А-А, включающая верхний пояс 1, нижний пояс 2, между верхними и нижними поясами расположены подкосы 3, причем нижний пояс 2 и подкосы 3 расположены в наклонных плоскостях верхних поясов 1, а подвески 5 - в параллельных им плоскостях между арками 1, подвески 5 прикреплены к верхнему поясу 1 и балке жесткости 4, в направлении сечения верхние пояса арки 1 и балка жесткости 4 опираются на неподвижные опоры 6, а схема поперечного сечения арочного моста по А-А в направлении подвижных опор 7 не представлена. В местах пересечения арок с балкой жесткости 4, последние не контактируют между собой, так как балка жесткости 4 имеет локальное сужение.In FIG. 2 is a cross-sectional diagram of the arch bridge along AA, including the upper belt 1, lower belt 2, struts 3 are located between the upper and lower belts, the lower belt 2 and the struts 3 located in the inclined planes of the upper belts 1, and the suspension 5 in parallel to the planes between the arches 1, pendants 5 are attached to the upper belt 1 and the stiffener 4, in the direction of the section, the upper belts of the arch 1 and the stiffener 4 rest on the fixed supports 6, and the cross-sectional diagram of the arch bridge along AA in the direction of the movable supports 7 not presented the detection. At the intersection of the arches with the stiffener 4, the latter do not contact each other, since the stiffener 4 has a local narrowing.

На фиг. 3 представлен узел 8 крепления подкосов 3 к верхнему 1 поясу арки, включающий подкосы 3, концы которых заделаны в анкеры с проушиной 9, а на верхнем 1 поясе арки при помощи болто-сварного соединения прикреплена анкерная фасонка с проушинами 10, крепление происходит после совмещения отверстий проушин и установки анкерных шпилек 11.In FIG. Figure 3 shows the assembly 8 of fastening the struts 3 to the upper 1 arch belt, including the struts 3, the ends of which are embedded in anchors with an eye 9, and on the upper 1 belt of the arch, using an bolt-welded connection, an anchor gusset with eyes 10 is attached, fixing occurs after the holes are aligned eyelets and anchor studs 11.

На фиг. 4 представлен узел 12 крепления подвески 5 к верхнему 1 поясу арки, включающий подвеску 5, верхний конец которой заделан в анкер с проушиной 9, а на верхнем 1 поясе арки при помощи болто-сварного соединением прикреплена анкерная фасонка с проушиной 10, крепление происходит после совмещения отверстий проушин и установки анкерной шпильки 11.In FIG. 4 shows the assembly 12 of the mounting of the suspension 5 to the upper 1 arch belt, including the suspension 5, the upper end of which is embedded in the anchor with the eye 9, and on the upper 1 belt of the arch, with the help of a bolt-welded joint, the anchor gusset is attached with the eye 10, the fastening takes place after alignment eyelet holes and anchor stud installation 11.

На фиг. 5 представлен узел 13 крепления подкосов 3 к нижнему 2 поясу арки, включающий подкосы 3, концы которых заделаны в анкеры с проушиной 9, а нижний 2 пояс арки в месте крепления обжимается двумя полуцилиндрами 14, причем с одной стороны полуцилиндры 14 затягиваются высокопрочными болтами 15, а с другой стороны на полуцилиндрах 14 есть проушины для крепления анкеров с проушинами 9 подкосов 3, крепление происходит после совмещения отверстий проушин и установки анкерных шпилек 11.In FIG. 5 shows the assembly 13 of the fastening of the struts 3 to the lower 2 belt of the arch, including the struts 3, the ends of which are embedded in the anchors with an eye 9, and the lower 2 belt of the arch at the mounting point is crimped by two half cylinders 14, and on one side the half cylinders 14 are tightened with high-strength bolts 15, and on the other hand, on the half-cylinders 14 there are eyes for fastening the anchors with the eyes 9 of the struts 3, the fastening takes place after combining the holes of the eyes and installing the anchor studs 11.

На фиг. 6 представлен узел 16 крепления подвесок 5 к балке жесткости 4, включающий подвеску 5, нижний конец которой заделан в цилиндрический анкер 17, причем анкер опирается на шайбу 18, вставленную в отверстие балки жесткости 4.In FIG. 6 shows the assembly 16 for mounting the suspensions 5 to the stiffener 4, including the suspension 5, the lower end of which is embedded in a cylindrical anchor 17, the anchor resting on a washer 18 inserted into the opening of the stiffener 4.

На фиг. 7 представлен узел 19 крепления каната нижнего 2 пояса к верхнему 1 поясу арки в месте его опирания на неподвижную опору 6, включающий канат нижнего 2 пояса арки, конец которого заделан в анкер с проушиной 9, а на верхнем 1 поясе арки при помощи болто-сварного соединения прикреплена анкерная фасонка с проушиной 10 таким образом, что после совмещения отверстий проушин и установки анкерной шпильки 11 оси элементов верхнего 1 и нижнего 2 поясов арки пересекутся в месте опирания верхнего 1 пояса на неподвижную опору 6. Узел крепления нижнего 2 пояса к верхнему 1 поясу арки в месте его опирания на подвижную опору 7 не представлен.In FIG. 7 shows the node 19 for fastening the rope of the lower 2 belt to the upper 1 belt of the arch in the place of its support on the fixed support 6, including the rope of the lower 2 belt of the arch, the end of which is embedded in the anchor with the eye 9, and on the upper 1 belt of the arch using bolt-welded The anchor gusset is attached to the eye 10 so that after aligning the eyelets and installing the anchor stud 11, the axes of the elements of the upper 1 and lower 2 girdles of the arch intersect at the point of support of the upper 1 girdle on the fixed support 6. The assembly of the lower 2 girdles to the top The arch belt in the place of its support on the movable support 7 is not represented.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Основными несущими элементами арочных мостов служат арки, передающие на опоры не только вертикальное давление, но и распор, а при отсутствии шарниров в опорных сечениях - также изгибающие моменты. Наличие распора и опорных моментов приводит к уменьшению изгибающих моментов в арке по сравнению с однопролетной балкой той же длины. Поэтому поперечные сечения элементов арочных мостов оказываются меньшими, а перекрывающая способность большей, чем для балочной системы. Бесшарнирные арки наиболее чувствительны к изменениям температуры, смещениям и неравномерным осадкам опор. Введение шарниров приводит к увеличению изгибающих моментов в арке, но одновременно уменьшает дополнительные усилия от действия температуры, смещений и неравномерных осадок опор. С увеличением числа шарниров возрастают прогибы и переломы продольного профиля проезжей части на мосту под действием временной нагрузки. Трехшарнирные арки оказываются целесообразными в мостах под автодорогу и при недостаточно прочных грунтах в основании опор. Таким образом, в металлических мостах применяют преимущественно пролетные строения с двух- и трехшарнирными арками.The main load-bearing elements of arch bridges are arches that transmit not only vertical pressure, but also spacers to the supports, and in the absence of hinges in the supporting sections, also bending moments. The presence of thrust and supporting moments leads to a decrease in bending moments in the arch compared to a single-span beam of the same length. Therefore, the cross sections of the elements of the arch bridges are smaller, and the overlapping ability is greater than for the beam system. Jointless arches are most sensitive to changes in temperature, displacements and uneven settlement of supports. The introduction of hinges leads to an increase in bending moments in the arch, but at the same time reduces the additional efforts from the action of temperature, displacements and uneven settlement of the supports. With an increase in the number of hinges, deflections and fractures of the longitudinal profile of the carriageway on the bridge under the influence of temporary load increase. Three-hinged arches are useful in bridges under the road and with insufficiently strong soils at the base of the supports. Thus, spans with two- and three-hinged arches are mainly used in metal bridges.

Арки могут конструироваться сплошностенчатыми и решетчатыми (сквозными). Решетчатые арки применяются для перекрытия средних и больших пролетов. Преимущества сплошностенчатых арок - относительная простота конструкции и изготовления, небольшое число стыков. Поперечное сечение арок при небольших прилетах принимают Н-образным, при средних и больших - коробчатым, и в отдельных случаях - кольцевым (трубным). Мосты с решетчатыми арками сложнее по конструкции и более трудоемки в монтаже, чем сплошностенчатые. Однако при значительных пролетах и тяжелой временной нагрузке они оказываются более экономичными по расходу металла.Arches can be constructed as continuous and trellised (through). Lattice arches are used to overlap medium and large spans. The advantages of continuous-arch arches are the relative simplicity of design and manufacture, a small number of joints. The cross-section of the arches for small arrivals is H-shaped, for medium and large - box-shaped, and in some cases - annular (pipe). Bridges with trellised arches are more complex in design and more labor-intensive to install than solid-level. However, with significant spans and heavy temporary load, they are more economical in terms of metal consumption.

Криволинейность арки, основного несущего элемента, определяет необходимость устройства специальных конструкций - подвесок, для поддержания балки жесткости с проезжей частью. При езде в пониженном уровне или в уровне пят (шарниров) проезжая часть, соединенная с арками, препятствует их деформациям и воспринимает распор.The curvature of the arch, the main load-bearing element, determines the need for special structures - suspensions, to maintain the stiffness beam with the roadway. When driving at a low level or at the level of the heels (hinges), the carriageway connected to the arches prevents their deformations and perceives the spacer.

Арочные пролетные строения значительно сложнее балочных конструкций. Длины и сечения элементов зависят не только от перекрываемого пролета, но и от стрелы подъема, которая может меняться в пределах от 0,4 до 0,6 перекрываемого пролета, а также от оси очертания свода.Arched spans are much more complicated than beam structures. The lengths and sections of the elements depend not only on the overlapping span, but also on the boom, which can vary from 0.4 to 0.6 of the span to be blocked, as well as on the axis of the outline of the arch.

При сооружении арочных мостов требуется более высокая точность изготовления и монтажа. Характерной особенностью арочных пролетных строений является S-образный изгиб балки жесткости при несимметричном загружении временной нагрузкой.When constructing arch bridges, higher precision in manufacturing and installation is required. A characteristic feature of arched spans is the S-shaped bending of the stiffening beam with asymmetric loading with a temporary load.

Очертания оси арки при заданном пролете и стреле подъема целесообразно задавать по кривой давления от собственного веса. Если ось арки очерчена по кривой давления, то изгибающие моменты в ней вызываются только временной нагрузкой.The shape of the axis of the arch for a given span and boom lift, it is advisable to set the pressure curve from its own weight. If the axis of the arch is outlined by the pressure curve, then bending moments in it are caused only by a temporary load.

Арочные мосты комбинированных систем могут образовываться двумя основными способами: объединение обычных (простых) систем; введение в состав простой системы дополнительных элементов. Пример комбинированных систем первого типа: сочетание балки с аркой. Системы второго типа могут образовываться введением в обычную арку затяжки, соединяющей опорные узлы.Arched bridges of combined systems can be formed in two main ways: the combination of conventional (simple) systems; introduction of a simple system of additional elements. An example of combined systems of the first type: a combination of a beam with an arch. Systems of the second type can be formed by introducing into a conventional arch a puff connecting the support nodes.

Предлагаемое устройство образовано сочетанием первого и второго типа комбинированных систем.The proposed device is formed by a combination of the first and second type of combined systems.

Арочный мост состоит из двух наклонно расположенных друг к другу арок, каждая из которых состоит из верхнего выпуклого сплошностенчатого пояса 1 коробчатого сечения и нижнего пояса 2, выполненного из канатов, стрела подъема которого равна 0,6-0,9 стрелы подъема верхнего 1 пояса. Верхний 1 и нижний 2 пояса соединены подкосами 3, изготовленными из канатов, таким образом, что образуют зигзагообразную линию, симметричную относительно середины моста. Возможно применение систем решеток с восходящими или нисходящими раскосами. Верхний 1 и нижний 2 пояса арки в узле опирания 19 соединяются таким образом, чтобы оси элементов верхнего 1 и нижнего 2 поясов арки пересеклись в узле опирания 19. Нижний 2 пояс арки и подкосы 3 расположены в наклонных плоскостях верхних 1 поясов. Балка жесткости 4 выполняется сплошностенчатой и имеет коробчатое сечение. На балке жесткости 4 расположена проезжая часть. Нагрузка от веса балки жесткости и устроенного на ней мостового полотна передается на верхний 1 пояс арки с помощью подвесок 5 в виде вант, закрепленных на верхнем 1 поясе арки и балки жесткости 4. Подвески 5 расположены в параллельных плоскостях подкосов 3, верхнего 1 и нижнего 2 поясов арки, смещенных к оси моста. Опирание верхних 1 поясов арки и балки жесткости 4 с одной стороны моста происходит на неподвижные опоры 6, а с другой стороны на подвижные опоры 7. Такое расположение неподвижных 6 и подвижных 7 опор не препятствует линейным перемещениям арки и балки жесткости 4. В местах пресечения арок с балкой жесткости 4, последние не контактируют между собой, так как балка жесткости 4 имеет локальное сужение.The arched bridge consists of two arches inclined to each other, each of which consists of an upper convex continuous-section belt 1 of a box section and a lower belt 2 made of ropes, the boom of which is equal to 0.6-0.9 of the boom of the upper 1 belt. The upper 1 and lower 2 belts are connected by struts 3 made of ropes, so that they form a zigzag line symmetrical about the middle of the bridge. It is possible to use lattice systems with ascending or descending braces. The upper 1 and lower 2 zones of the arch in the support unit 19 are connected so that the axes of the elements of the upper 1 and lower 2 zones of the arch intersect in the site of support 19. The lower 2 belt of the arch and struts 3 are located in the inclined planes of the upper 1 zones. The stiffness beam 4 is continuous and has a box section. The roadway is located on the stiffener beam 4. The load from the weight of the stiffener beam and the bridge web arranged on it is transferred to the upper 1 belt of the arch with the help of pendants 5 in the form of cables mounted on the upper 1 belt of the arch and the stiffener 4. Suspensions 5 are located in parallel planes of the struts 3, upper 1 and lower 2 arch belts offset to the axis of the bridge. The upper 1 girdle of the arch and stiffener 4 are supported on one side of the bridge on the fixed supports 6, and on the other hand on the movable supports 7. Such an arrangement of the fixed 6 and movable 7 supports does not prevent linear movements of the arch and the stiffener 4. In places of suppression of arches with the stiffener 4, the latter do not contact each other, since the stiffener 4 has a local narrowing.

На верхние 1 пояса арки действуют усилия от собственного веса, веса закрепленных на нем подкосов 3 и нижнего 2 пояса арки, подвесок 5, передающих нагрузку от балки жесткости 4 и устроенного на ней мостового полотна и движущейся временной нагрузки. Под действием этих усилий верхний 1 пояс арки стремится распрямиться, в результате чего происходит небольшое линейное перемещение подвижной опоры 7 верхнего 1 пояса арки. Происходит включение нижнего 2 пояса арки и подкосов 3 в работу, то есть нижний 2 пояс и подкосы 3 начинают испытывать растягивающие напряжения, препятствующие линейным перемещениям опор 7 верхнего 1 пояса арки. Растягивающие напряжения создают распор арки. Подвески 5 испытывают также растягивающие напряжения от веса балки жесткости 4, веса мостового полотна и движущейся временной нагрузки.The upper 1 belt of the arch is affected by its own weight, the weight of the struts 3 and the lower 2 of the arch belt, pendants 5 attached to it, transferring the load from the stiffener 4 and the bridge web and moving temporary load placed on it. Under the influence of these efforts, the upper 1 belt of the arch tends to straighten, resulting in a slight linear movement of the movable support 7 of the upper 1 belt of the arch. The lower 2 belt of the arch and the struts 3 are included in the work, that is, the lower 2 belt and the struts 3 begin to experience tensile stresses that prevent the linear movements of the supports 7 of the upper 1 belt of the arch. Tensile stresses create an arch spacer. Suspensions 5 also experience tensile stresses from the weight of the stiffener 4, the weight of the bridge web and the moving temporary load.

Так как нижний пояс арки, подкосы и подвески выполнены из канатов, то значительно снижается их собственный вес, а использование при изготовлении высокопрочной проволоки увеличивает их несущую способность. Вследствие чего происходит снижение нагрузки на верхние пояса арки, что позволяет снизить расход металла на их изготовление.Since the lower belt of the arch, struts and pendants are made of ropes, their own weight is significantly reduced, and the use of high-strength wire in the manufacture increases their bearing capacity. As a result, there is a decrease in the load on the upper arches, which reduces the metal consumption for their manufacture.

Таким образом, при замене части элементов арочного моста на канаты происходит уменьшение собственного веса конструкций и расхода металла.Thus, when replacing part of the elements of the arch bridge with ropes, the dead weight of the structures and metal consumption are reduced.

Claims

Arched bridge, including two arches inclined to each other, consisting of their upper and lower belts, united by struts, a stiffener with the carriageway of the bridge, pendants in the form of ropes mounted on arches and a stiffener, characterized in that the lower arches, braces and the pendants are made of ropes, where the struts are located between the belts and are attached to the upper and lower belts of the arches, and the pendants are attached to the upper belt of the arches and the stiffening beam, and the struts and the lower belt are located in the inclined planes of the arches and the pendants are in parallel planes between the arches.