RU2794115C1

RU2794115C1 - Hybrid bridge span

Info

Publication number: RU2794115C1
Application number: RU2022114927A
Authority: RU
Inventors: Артём Николаевич Иванов; Иван Викторович Недобежкин; Сергей Викторович Пиняжин; Василий Васильевич Саушкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЭЛЕКТРОМАШ"
Filing date: 2022-06-01
Publication date: 2023-04-11

Abstract

FIELD: construction of spans.

SUBSTANCE: invention relates to the construction of spans, in particular spans of overpasses, flyovers, overlaps. The hybrid bridge span includes the main beams made of fiberglass pipes and a reinforced concrete slab of the roadway, jointly working with the beams by means of supports. The main beams are divided along the length into separate blocks, which are joined in the longitudinal direction with the help of flange joints in the form of a metal transverse rib welded to a metal ring, which is wound into the pipe at the stage of its manufacture, and in the transverse direction the beams are located at a distance of not more than less than one diameter of the tubular beam and are interconnected by braces of cross braces attached to metal gussets made in the form of a vertical rib and a curved plate wound into the pipe at the manufacturing stage. Each stop is made of reinforcing bars fixed on a steel plate, following the contour of a pipe, bolted to the main beam.

EFFECT: increase in the durability of the structure.

3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к строительству малых и средних мостов через реки, железные дороги, путепроводы и может быть использовано в конструкциях соответствующих пролетных строений, в частности путепроводов, эстакад, перекрытий.The invention relates to the construction of small and medium-sized bridges across rivers, railways, overpasses and can be used in the construction of the corresponding superstructures, in particular overpasses, flyovers, ceilings.

Гибридное пролетное строение состоит из стеклопластиковых труб, которые изготавливаются методом непрерывной намотки армирующего волокна на цилиндрический агрегат с последующим нанесением связующих смол. Данная технология позволяет изготавливать трубы любого диаметра и толщины. Стеклопластиковые трубы имеют значительные преимущества по сравнению с металлическими. Их отличают малый удельный вес, высокая удельная прочность, долговечность, устойчивость к агрессивным средам и высокие антикоррозионные свойства. В сравнении с пультрузионными и экструзионными профилями, а также изделиями, изготовленными методом вакуумной инфузии, элементы, выполненные методом непрерывной намотки, могут иметь более высокий модуль упругости (до 35000 МПа), что является очень важным фактором для гибридных пролетных строений такого типа, так как наиболее критичным для них является условие обеспечения нормативной жесткости.The hybrid superstructure consists of fiberglass pipes, which are manufactured by continuous winding of reinforcing fiber on a cylindrical unit, followed by the application of binder resins. This technology allows to produce pipes of any diameter and thickness. Fiberglass pipes have significant advantages over metal pipes. They are distinguished by low specific gravity, high specific strength, durability, resistance to aggressive environments and high anticorrosive properties. Compared to pultrusion and extrusion profiles, as well as products made by vacuum infusion, elements made by continuous winding can have a higher modulus of elasticity (up to 35,000 MPa), which is a very important factor for hybrid superstructures of this type, since the most critical for them is the condition for ensuring regulatory rigidity.

Известно пролетное строение моста с трубчатыми главными балками (см. патент РФ №165251, МПК E01D 19/00, опубликовано: 10.10.2016, Бюл. №28). Пролетное строение моста включает главные балки, выполненные из трубчатых элементов, которые объединяются поверху железобетонной плитой, при этом главные балки объединены непосредственно между собой болтовыми соединениями, кроме того, к каждой балке понизу приварен швеллер, посредством которого балка опирается на опорную часть мостового сооружения. На торцах главных балок закреплены металлические заглушки, которые препятствуют попаданию агрессивной среды внутрь трубы, а также служат дополнительным ребром жесткости в зоне опирания.A bridge span with tubular main beams is known (see RF patent No. 165251, IPC E01D 19/00, published: 10/10/2016, Bull. No. 28). The span structure of the bridge includes the main beams made of tubular elements, which are combined on top with a reinforced concrete slab, while the main beams are connected directly to each other by bolted connections, in addition, a channel is welded to each beam from the bottom, through which the beam rests on the supporting part of the bridge structure. At the ends of the main beams, metal plugs are fixed, which prevent the ingress of an aggressive medium into the pipe, and also serve as an additional stiffening rib in the support zone.

Недостатками этого решения является большой расход металла, так как шаг главных балок пролетного строения минимальный и равен диаметру соединяемых труб, а также невозможность производить осмотр и ремонт внутри главных балок из-за приваренных металлических заглушек. Металлический швеллер, который приварен по всей длине балки, не дает существенного повышения момента инерции балки.The disadvantages of this solution are the high consumption of metal, since the pitch of the main beams of the superstructure is minimal and equal to the diameter of the connected pipes, as well as the inability to inspect and repair inside the main beams due to welded metal plugs. The metal channel, which is welded along the entire length of the beam, does not significantly increase the moment of inertia of the beam.

Наиболее близким техническим решением является гибридное пролетное строение с предварительно напряженными балками из полимерного композиционного материала и железобетонной плитой поверху (см. патент РФ №2604539, МПК E01D 2/00, опубликовано: 10.12.2016, Бюл. №34), состоящее, как минимум, из двух одинаковых балок, соединенных поперечными связями и железобетонной плитой, включенной в работу балок с помощью металлических упоров, при этом балки выполнены из полимерного композиционного материала и формируются каждая из полимерных композиционных профилей, расположенных в два или три яруса, имеющих стенку и две полки каждый, связанных друг с другом по плоскостям прилегания и соединенных поперечными связями, выполненными в виде диафрагм из полимерных композиционных профилей, а ярусы при изготовлении балок предварительно выгибают для создания строительного подъема и предварительного напряжения и объединяют в готовую балку в выгнутом положении, кроме того балки разделяются стыками на секции длиной, составляющей часть длины пролета, а строительный подъем балок создается за счет переломов их профиля в местах стыкования и предварительного выгиба секций в пределах их длины или без предварительного выгиба.The closest technical solution is a hybrid superstructure with prestressed polymer composite beams and a reinforced concrete slab on top (see RF patent No. 2604539, IPC E01D 2/00, published: 10.12.2016, Bull. No. 34), consisting of , from two identical beams connected by cross braces and a reinforced concrete slab, included in the operation of the beams using metal stops, while the beams are made of a polymer composite material and each of the polymer composite profiles is formed, located in two or three tiers, having a wall and two shelves each connected to each other along the contact planes and connected by transverse links made in the form of diaphragms from polymer composite profiles, and the tiers are pre-bent in the manufacture of beams to create a building lift and prestress and are combined into a finished beam in a curved position, in addition, the beams are separated joints on sections with a length that is part of the span length, and the structural rise of the beams is created due to fractures of their profile at the points of joining and preliminary bending of the sections within their length or without preliminary bending.

Данная конструкция обеспечивает максимальную сборность, но сборку элементов необходимо осуществлять на базе строительной организации в закрытом помещении, что не всегда представляется возможным, особенно, в отдаленных и труднодоступных районах. Необходимость выгиба балок для создания строительного подъема силовым способом требует устройства на строительной площадке специального силового стенда. Кроме того, конструкция главных балок составная по высоте с объединением ярусов с помощью болтов, равномерно расставленных по всей длине пролетного строения, что приводит к большой многодельности при изготовлении балок и трудозатратам при содержании из-за необходимости проверки и подтяжки болтов в процессе эксплуатации.This design provides maximum prefabrication, but the assembly of elements must be carried out on the basis of a construction organization in a closed room, which is not always possible, especially in remote and hard-to-reach areas. The need to bend the beams to create a building lift by force requires the construction of a special power stand at the construction site. In addition, the design of the main beams is composite in height with the union of tiers with the help of bolts evenly spaced along the entire length of the superstructure, which leads to a large workload in the manufacture of beams and labor costs during maintenance due to the need to check and tighten the bolts during operation.

Задачей заявляемого технического решения является создание пролетного строения, которое имеет повышенную долговечность по сравнению с пролетными строениями из традиционных строительных материалов, а также позволит значительно снизить стоимость конструкции и трудозатраты при строительстве и содержании мостовых сооружений в отдаленных и труднодоступных районах в сравнении с известными конструктивными решениями пролетных строений из полимерных композиционных материалов.The objective of the proposed technical solution is to create a span structure that has increased durability compared to span structures made of traditional building materials, and will also significantly reduce the cost of construction and labor costs in the construction and maintenance of bridge structures in remote and hard-to-reach areas in comparison with known constructive solutions of span structures. structures made of polymer composite materials.

Технический результат заключается в снижении материалоемкости и стоимости пролетного строения, снижении затрат на содержание и строительство сооружения, повышении долговечности пролетного строения, увеличении межремонтного срока и сокращении времени монтажа на труднодоступных территориях.The technical result consists in reducing the material consumption and cost of the superstructure, reducing the cost of maintaining and building the structure, increasing the durability of the superstructure, increasing the turnaround time and reducing installation time in hard-to-reach areas.

Поставленная задача решена следующим образом.The problem was solved in the following way.

Гибридное пролетное строение моста, включающее главные балки из стеклопластиковых труб и железобетонную плиту проезжей части, включенную с балками в совместную работу посредством упоров, главные балки разделены по длине на отдельные блоки, которые стыкуются в продольном направлении с помощью фланцевых соединений, состоящих из металлического кольца с металлическим поперечным ребром, приваренных друг к другу, а в поперечном направлении балки расположены на расстоянии друг от друга, равном диаметру трубчатой балки, и соединены между собой поперечными связями в виде раскосов, прикрепленных к металлическим фасонкам, при этом каждая фасонка состоит из вертикального ребра и металлической пластины, повторяющей контур трубы, которая предварительно вмотана в трубу, а каждый упор выполнен из арматурных стержней, закрепленных на стальной пластине, имеющей изогнутую форму, повторяющую контур трубы, и пластина прикреплена к главной балке посредством болтов.A hybrid superstructure of the bridge, including the main beams made of fiberglass pipes and a reinforced concrete slab of the roadway, included with the beams in joint work by means of stops, the main beams are divided along the length into separate blocks, which are joined in the longitudinal direction using flange joints consisting of a metal ring with with a metal transverse rib welded to each other, and in the transverse direction the beams are located at a distance from each other equal to the diameter of the tubular beam, and are interconnected by transverse braces in the form of braces attached to metal gussets, while each gusset consists of a vertical rib and a metal plate following the contour of the pipe, which is previously wound into the pipe, and each stop is made of reinforcing bars fixed on a steel plate having a curved shape, repeating the contour of the pipe, and the plate is attached to the main beam by means of bolts.

Техническая сущность патента на изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - стык секций труб (сечение по оси трубы), фиг. 2 - сечение А-А, фиг. 3 - металлическая фасонка, фиг. 4 - поперечное сечение пролетного строения, фиг. 5 - узел А (увеличено).The technical essence of the patent for the invention is illustrated by drawings: Fig.1 - joint of pipe sections (section along the axis of the pipe), Fig. 2 - section A-A, fig. 3 - metal gusset, fig. 4 is a cross section of the span, FIG. 5 - node A (enlarged).

Гибридное пролетное строение с балками из полимерного композиционного материала и железобетонной плитой поверху состоит из одинаковых балок 1, соединенных раскосами поперечных связей 2, и железобетонной плиты 3, включенной в работу балок с помощью металлических упоров 4. Каждая балка 1 выполнена из отдельных блоков, соединенных между собой в продольном направлении с помощью фланцевых соединений 5 высокопрочными болтами 6. В поперечном направлении трубчатые балки расположены на расстоянии друг от друга не менее одного диаметра трубчатой балки, и соединены между собой раскосами поперечных связей 2, прикрепленными к металлическим фасонкам 7, каждая из которых выполнена в виде вертикального ребра и приваренной к нему металлической изогнутой пластины, вмотанной в трубу на стадии изготовления. Фланцевое соединение 5 выполнено в виде металлического поперечного ребра, приваренного к металлическому кольцу, которое вматывается в тело трубы на стадии ее изготовления. Шов, образующийся при стыке фланцевых соединений 5, снаружи заделан слоем гибридного конструкционного герметика 8. Упоры 4 выполнены в виде арматурных стержней, закрепленных на стальной пластине, имеющей изогнутую форму, повторяющую контур трубы, а сама пластина прикреплена к главной балке посредством болтов.A hybrid superstructure with beams made of a polymer composite material and a reinforced concrete slab on top consists of identical beams 1 connected by braces of cross braces 2, and a reinforced concrete slab 3 included in the operation of the beams using metal stops 4. Each beam 1 is made of separate blocks connected between in the longitudinal direction with the help of flange connections 5 with high-strength bolts 6. In the transverse direction, the tubular beams are located at a distance from each other of at least one diameter of the tubular beam, and are interconnected by braces of cross braces 2 attached to metal gussets 7, each of which is made in the form of a vertical rib and a curved metal plate welded to it, wound into the pipe at the manufacturing stage. Flange connection 5 is made in the form of a metal transverse rib welded to a metal ring, which is wound into the pipe body at the stage of its manufacture. The seam formed at the junction of flange joints 5 is sealed from the outside with a layer of hybrid structural sealant 8. Stops 4 are made in the form of reinforcing bars fixed on a steel plate having a curved shape repeating the contour of the pipe, and the plate itself is attached to the main beam by means of bolts.

Изготовление блоков главных балок осуществляется на специализированном предприятии методом намотки. Закрепление металлических фасонок 7 и фланцевых соединений 5 на блоках производится непосредственным вматыванием их в тело трубы при ее изготовлении. Способ монтажа главных балок выбирается в зависимости от габарита моста. Сборку пролетных строений следует начинать со стыковки секций труб фланцевыми соединениями 5, посредством высокопрочных болтов 6, соединяя их в цельную балку. Затем балки объединяют в поперечном направлении раскосами 2, прикрепляя их к фасонкам 7. Пролетное строение возможно монтировать блоками по две балки, объединяя их поперечными связями, так и полностью объединяя все главные балки поперечными связями в единую конструкцию и монтируя ее стреловым краном. После установки главных балок в проектное положение производится прикрепление упоров 4 к ним и объединение упоров с железобетонной плитой. Плита может быть выполнена в сборном исполнении, что минимизирует бетонные работы на строительной площадке, или в монолитном исполнении, что сокращает транспортные расходы за счет доставки на строительную площадку только строительным материалов и позволяет устраивать плиту по месту с учетом особенностей производства работ на конкретном объекте. В случае применения сборной плиты упоры располагают в пазах блоков плиты, которые после объединения блоков между собой заливаются монолитным бетоном. В случае применения монолитной плиты поверху балок устанавливается опалубка с арматурными каркасами плиты и заливается монолитным бетоном.The production of blocks of the main beams is carried out at a specialized enterprise by winding. The fastening of metal gussets 7 and flange connections 5 on the blocks is carried out by directly winding them into the pipe body during its manufacture. The method of installation of the main beams is selected depending on the size of the bridge. The assembly of superstructures should begin with the joining of pipe sections with flange connections 5, using high-strength bolts 6, connecting them into a single beam. Then the beams are combined in the transverse direction with braces 2, attaching them to the gussets 7. It is possible to mount the superstructure in blocks of two beams, combining them with transverse braces, and completely combining all the main beams with transverse braces into a single structure and mounting it with a jib crane. After installing the main beams in the design position, the stops 4 are attached to them and the stops are combined with a reinforced concrete slab. The slab can be made in a prefabricated version, which minimizes concrete work at the construction site, or in a monolithic version, which reduces transportation costs by delivering only building materials to the construction site and allows you to arrange the slab in place, taking into account the specifics of work at a particular facility. In the case of using a prefabricated slab, the stops are placed in the grooves of the slab blocks, which, after combining the blocks with each other, are poured with monolithic concrete. In the case of using a monolithic slab, a formwork with reinforcing cages of the slab is installed on top of the beams and poured with monolithic concrete.

В поперечном сечении количество главных балок определяется габаритом проезда, и при необходимости шаг и количество балок могут быть изменены (фиг. 4).In the cross section, the number of main beams is determined by the clearance of the passage, and if necessary, the pitch and number of beams can be changed (Fig. 4).

Заявляемое техническое решение, в отличие от прототипа, имеет главные балки трубчатого сечения, разделенные по длине на отдельные секции, но неделимые в поперечном сечении по высоте. За счет того, что балки разделены по длине всего на несколько секций (3…6 шт. ) и не имеют продольных швов, количество болтов существенно меньше, что снижает трудозатраты на их установку при строительстве и периодический контроль их затяжки в период эксплуатации. Применение секций труб позволяет придавать балкам необходимую величину строительного подъема в процессе сборки за счет косого среза секций труб по торцам и сокращать затраты на транспортировку и монтаж балок в отличие от применения цельных труб.The proposed solution, in contrast to the prototype, has the main beams of tubular section, divided along the length into separate sections, but indivisible in cross section in height. Due to the fact that the beams are divided along the length into only a few sections (3 ... 6 pieces) and do not have longitudinal seams, the number of bolts is significantly less, which reduces labor costs for their installation during construction and periodic monitoring of their tightening during operation. The use of pipe sections makes it possible to give the beams the required amount of construction lift during the assembly process due to the oblique cut of the pipe sections at the ends and to reduce the cost of transportation and installation of the beams, in contrast to the use of solid pipes.

Также в предлагаемой конструкции пролетного строения отсутствуют ослабления сечения балок отверстиями под болты в соединениях, так как прикрепление фланцев к трубе реализуется на этапе ее изготовления путем вматывания непосредственно в тело трубы.Also, in the proposed design of the superstructure, there are no weakening of the section of the beams by holes for bolts in the joints, since the attachment of the flanges to the pipe is realized at the stage of its manufacture by winding directly into the body of the pipe.

Claims

1. A hybrid superstructure of the bridge, including the main beams made of fiberglass pipes connected by braces of cross braces, and a reinforced concrete slab of the roadway, included with the beams in joint work by means of stops, characterized in that the main beams are divided along the length into separate blocks, joined in the longitudinal direction using a flange connection in the form of a transverse metal rib welded to a metal ring, which is embedded in the pipe at the stage of its manufacture, and in the transverse direction the beams are located at a distance of at least one diameter of the tubular beam from each other and are interconnected by braces of the cross braces, attached to metal gussets.

2. Hybrid bridge span according to claim 1, characterized in that each metal gusset is made in the form of a vertical rib fixed on a metal curved plate and embedded in it at the manufacturing stage.

3. The hybrid superstructure of the bridge according to claim 1, characterized in that the main beams of the superstructure are connected to the roadway slab using stops, each of which is made of reinforcing bars fixed on a steel plate having a curved shape that repeats the contour of the pipe attached to the main beam by means of bolts.