RU98424U1

RU98424U1 - SPAN STRUCTURE

Info

Publication number: RU98424U1
Application number: RU2010125700/03U
Authority: RU
Inventors: Юрий Георгиевич Кленин; Сергей Николаевич Озеров; Андрей Евгеньевич Ушаков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технологический испытательный центр "АпАТэК-Дубна"
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2010-10-20

Abstract

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. 1. The span having a prefabricated block and close to a cylindrical lattice structure formed by helical cross-helical power elements, with an arrangement inside the cylindrical surface of the pedestrian flooring with a fence, characterized in that it contains at least three longitudinal power elements located in the lattice structure, not less than two of which are located in the lower part and are the support of the pedestrian flooring, while helical cross-spiral and longitudinal power elements are made of mpozitnogo material and have mutual intersection formed integrally during manufacturing, each block is formed from several radial modules connected by longitudinal force elements kleeboltovym compound. ! 2. The span according to claim 1, characterized in that it has a radiation shape. ! 3. The span according to claim 1 or 2, characterized in that the angle of mutual intersection of the helical cross-helical elements is made decreasing from the edges of the span to the middle. ! 4. The span according to claim 1 or 2, characterized in that the radial modules are made by impregnation under vacuum. ! 5. The span according to claim 3, characterized in that the radial modules are made by impregnation under vacuum.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области мостостроения, к мостам, характеризующимся поперечным сечением конструкции, а конкретно к конструкциям пролетных строений, преимущественно надземных пешеходных переходов.The proposed utility model relates to the field of bridge construction, to bridges characterized by a cross-section of the structure, and specifically to the structures of spans, mainly elevated pedestrian crossings.

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.Known, for example, the span structure - "Cool Pedestrian Bridge in France" (described, for example, on the website www.toxel.com), having a prefabricated block structure and a cylindrical lattice shape formed by helical cross-spiral and transverse force elements made of steel, inside the cylindrical surface is a pedestrian floor with fences.

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.The common essential features of the prototype that coincide with the essential features of the proposed technical solution are as follows: the span has a prefabricated block and close to cylindrical lattice structure formed by helical cross-helical power elements, with the location inside the cylindrical surface of the pedestrian flooring with a fence.

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.The known design has a significant dead weight, which requires a fairly frequent arrangement of power elements, as well as heavy transport and lifting equipment for its installation, powerful supports and foundations, is susceptible to corrosion and not durable enough.

Предлагаемой полезной моделью решается техническая задача существенного снижения веса конструкции, упрощения ее монтажа и обеспечение длительного срока безремонтной эксплуатации.The proposed utility model solves the technical problem of significantly reducing the weight of the structure, simplifying its installation and ensuring a long period of maintenance-free operation.

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 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.To achieve the technical result, the span structure having a prefabricated block structure and close to a cylindrical lattice structure formed by helical cross-helical power elements with an arrangement inside the cylindrical surface of a pedestrian floor with a guard, in contrast to the prototype, contains at least three longitudinal structures located in the lattice structure power elements, at least two of which are located in the lower part and are the support of the pedestrian flooring, while screw cross-spir flax and longitudinal bearing elements are made from composite material and have a mutual intersection formed integrally during manufacturing, each block is formed from several radial modules connected by longitudinal force elements kleeboltovym compound.

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).Also, in addition, to ensure the necessary patterns of pedestrian traffic, the span has a beam shape, and the number of rays can be equal to two (in the form of an angle), or more, for example, in the form of a cross, star, etc. Also, to reduce the weight of the structure, the angle of intersection of the helical cross-spiral elements can be made decreasing from the edges of the span to the middle, i.e. from areas with maximum loads to areas with minimum. Moreover, the method of manufacturing radial modules is the most rational from the point of view of rigidity and lightness of the obtained structure, the method of impregnation under vacuum (vacuum infusion method).

Отличительными признаками предложенного пролетного моста являются следующие - 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.The distinguishing features of the proposed span bridge are the following - it contains at least three longitudinal power elements located in the lattice structure, at least two of which are located in the lower part and are the support of the pedestrian flooring, while the helical cross-spiral and longitudinal power elements are made of composite material, and have mutual intersections made together in the manufacture, with each block made of several radial modules connected by a longitudinal power element Kleebolt compound.

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.Also, in addition, the span may have a radiation shape; the angle of mutual intersection of the helical cross-spiral elements can be made decreasing from the edges of the span to the middle; radial modules are made by impregnation under vacuum.

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.Due to the presence of these distinctive features in conjunction with the well-known, the following technical result is achieved - due to the use of composite materials, the weight of the structure is significantly reduced, its installation is simplified and a long term of non-repairable operation is ensured.

Данная конструкция может быть использована для организации различных пешеходных переходов, над дорогами, ж/д путями, водными препятствиями и т.п.This design can be used to organize various pedestrian crossings, above roads, railways, water obstacles, etc.

Предлагаемая конструкция поясняется рисунками фиг.1, 2, 3.The proposed design is illustrated by figures 1, 2, 3.

На фиг.1 изображен общий вид пролетного строения, а также варианты поперечного сечения - круглого и овального.Figure 1 shows a General view of the span, as well as options for the cross section - round and oval.

На фиг.2 изображен радиальный модуль блока пролетного строения.Figure 2 shows the radial module of the block span.

На фиг.3 показан типовой узел соединения блоков пролетного строения.Figure 3 shows a typical node connecting blocks of the superstructure.

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 на фиг. 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 так же препятствуют потере устойчивости продольных элементов 2. На фиг.1 также показаны различные варианты исполнения решетчатой форменной 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.Shown in figures 1-3 span 1 is a composite lattice structure with longitudinal 2 and helical cross-spiral 3 elements (figure 1). The longitudinal elements 2 are located at the same distance from each other in a circle around the central axis. Their number can be different, in this case, four longitudinal beams (when using three longitudinal 2 elements - two at the bottom and one at the top, based on the loads, the bearing capacity of the upper element 2 is not less than twice the bearing capacity of a single lower one). These elements perceive longitudinal tensile and compressive loads. The number of longitudinal elements 2, selected on the basis of the conditions for the organization of the pedestrian passage 4 in the lower part of the span 1 and the possibility of shelter from rain and snow in the upper and lateral parts of the span (translucent enclosing structures in Fig. Not shown). The helical cross-spiral elements 3 are located on a cylindrical surface oriented along the central axis, intersecting with the longitudinal elements 2. The screw elements 3 perceive shear and twisting forces, and also prevent the loss of stability of the longitudinal elements 2. Figure 1 also shows various embodiments lattice shaped beams in cross section. The initial version of the lattice structure has a circular cross-sectional view, however, for layout reasons, as well as to reduce the span mass 1, it is possible to make the cross section oval or elliptical with the larger axis horizontal or vertical. With a long span (more than 30 meters), the larger axis of the ellipse is advantageous vertically, which increases the moment of resistance of the cross section in the plane of action of the main and snow regulatory load.

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.The cross sections of the longitudinal 2 and helical cross-spiral 3 elements themselves can be different (including in one span 1): a hollow square, a rectangular section, a polygon, a solid circular rod, a tubular section, etc., including and according to the cross-sectional area, and is determined from the calculation and depending on the level of current stresses.

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.The angle β at the intersection of the cross-spiral elements 3 lies in the range from 70 to 120 degrees (including can be variable - decreasing from the edges to the center) and is also determined by calculation, depending on the span 1, the level of acting stresses and area of the element in the span. For the boundary zones of the span 1, with a high level of acting stresses, the angle β should be maximum and close to 120 °. For middle zones close to the axis of symmetry of the span 1, the angle β at the apex of the intersection of the cross-spiral elements 3 can be reduced to 70 °. In this case, the spiral pitch, as a rule, is defined and constant for one type of bridge (one equipment), but it can be variable.

На фиг.2 показан модульный спиральный элемент 5, который представляет собой ¼ 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).Figure 2 shows a modular spiral element 5, which is ¼ part of the cross section of the span. For the subsequent docking of modules 5, it has a diagonal plane 6 along which, after the manufacture of module 5, a kleevolt connection is made into a single cylindrical block 7. By building the blocks 7 in length, an assembly of the whole span of the required length is achieved. Blocks 7 are joined together using flange connections or using traditional plates 8 (internal and (or) external), mounted on the longitudinal power elements 2 (Fig.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 ½ 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 определяется 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.Figure 3 shows a typical node connecting the blocks 7. The transverse joint 9 is joined through a composite or metal plate - plate 8. To enable installation of the plate 8, in the end parts of the longitudinal elements 2 directly adjacent to the joint, a cutting (step) is organized along plane 6 on ½ the thickness of the docking pad 8. The length of the hook and the length of the pad 8 are agreed. The width of the lining 8 is equal to the length of the diagonal along the surface 6 of the longitudinal element 2, and the length and thickness are determined by calculations, but should ensure equal strength with the joined elements 2. The assembly of the joint is carried out by bolt connection 10. To ensure the installation of bolts and work with wrenches in the longitudinal elements 2, glasses are made (wells) 11. To ensure long-term strength of the connection and eliminate gaps, the connection is made, for example, on polyurethane adhesive.

В качестве пешеходного настила 4 сходов используется, как правило, тоже композитный материал.As a pedestrian flooring of 4 gatherings, as a rule, also composite material is used.

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.Manufacturing technology. Proposed span 1 can be manufactured in several ways. The most suitable manufacturing methods are: pressure impregnation method, direct compression or manual lay-out method.

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.A type of pressure impregnation technology is vacuum impregnation (Vacuum Infusion), a composite material manufacturing technology that uses the force of vacuum depression to introduce resin into the laminate. The dimensions of the part can be small, with a surface area of less than 1 sq.m. to large parts, such as hulls of yachts. This method is especially effective in the manufacture of large-sized parts: the cost of tooling is minimal compared to other methods. When impregnated under vacuum, there is no need for an external closure mechanism, since this function is performed by vacuum, and reinforced polymer composite materials (PCM) can be used as mold materials. The created vacuum in the mold cavity improves the fiber impregnation with resin, reduces air inclusions and reduces the mold cost. Manufacturing process. To reduce the cost of equipment and for the possibility of manufacturing spans of various lengths, the span design is divided into blocks 7 and sections of modular type 5 (figure 2). The length of the module 5 - is selected based on the length between the nodes of the spiral power elements, the angle between them, technological capabilities, as well as transportation conditions.

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 разряжения 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.The essence of the method is that a dry, pre-cut glass material is placed in a pre-prepared matrix. Through a system of air hoses using a vacuum pump in a working cavity of a specified thickness creates a vacuum. The resin is pumped into the mold cavity under the calculated pressure through the injection hole. To facilitate the passage of resin through the material, a vacuum is used that is created inside the mold. As soon as the resin has impregnated all the glass material, the injection is stopped and the laminate is left in shape, with the set value of the discharge, the product polymerizes. Curing can take place at ordinary or elevated temperatures. With the use of special resins, the polymerization time during vacuum infusion is reduced. Next, the matrix-punch system is opened, the finished product is removed from the matrix.

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.In the usual technique of open (manual) molding, reinforcing layers are laid in a snap, then resin (binder) is applied with brushes and rollers, the amount of which is quite large. The proposed method of vacuum infusion, thanks to the use of vacuum, does not allow excess resin to get into the laminate. This method significantly improves the fiber-resin ratio in the laminate, resulting in a stiffer and lighter product.

Технология сборки. В производственных условиях производиться по кондукторам сверловка всех стыковочных отверстий в модульных элементах 5. Затем производиться 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 (на фигурах не изображены), и пролетное строение 1 устанавливается на береговые опоры и, при необходимости, на промежуточные опоры (опоры изготавливаются стандартного типа - железобетонные или металлические, на фигурах не изображены).Assembly technology. Under production conditions, conductors drill all the docking holes in the modular elements 5. Then transport the modules 5 to the installation site of the span 1. At the installation site, the modular elements 5 are assembled into blocks 7, blocks 7 are joined together. Next, flooring 4, a translucent fence and railing, supporting parts (not shown in the figures) are installed, and the span 1 is installed on shore supports and, if necessary, on intermediate supports (supports are made of the standard type - reinforced concrete or metal, not shown in the figures) .

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.If transportation conditions allow, the modular elements 5 can be assembled in workshop conditions in blocks 7 and, then, delivered as oversized cargo to the installation site.

Claims

1. The span having a prefabricated block and close to a cylindrical lattice structure formed by helical cross-helical power elements, with an arrangement inside the cylindrical surface of the pedestrian flooring with a fence, characterized in that it contains at least three longitudinal power elements located in the lattice structure, not less than two of which are located in the lower part and are the support of the pedestrian flooring, while helical cross-spiral and longitudinal power elements are made of mpozitnogo material and have mutual intersection formed integrally during manufacturing, each block is formed from several radial modules connected by longitudinal force elements kleeboltovym compound.

2. The span according to claim 1, characterized in that it has a radiation shape.

3. The span according to claim 1 or 2, characterized in that the angle of mutual intersection of the helical cross-helical elements is made decreasing from the edges of the span to the middle.

4. The span according to claim 1 or 2, characterized in that the radial modules are made by impregnation under vacuum.

5. The span according to claim 3, characterized in that the radial modules are made by impregnation under vacuum.