ДЕФОРМАЦИОННЫЙ ШОВ
Устройство относится к области дорожного строительства, а именно к конструкции деформационных швов (ДШ), используемых в мостостроении, для компенсации значительных эксплуатационных линейных, а также объемных перемещений между смежными пролетными строениями или между пролетным строением и устоем моста.
Известны конструкции модульных ДШ, например, Swivel-Joist (Маигег Sonne), которые способны воспринимать значительные линейные и угловые перемещения в плане. Так, при линейных продольных перемещениях ДШ стандартного исполнения 1200 мм поперечные перемещения достигают ±600 мм. ДШ может воспринимать также вертикальные перемещения пролетных строений относительно друг друга до ±45 мм. В случае необходимости, ДШ такой конструкции могут создаваться и на большие перемещения. Верхний предел линейных продольных перемещений для модульных ДШ в настоящее время ограничен лишь максимальной величиной перемещений пролетных строений существующих мостов. Таким образом, конструкциями модульных ДШ предельные перемещения пока не ограничиваются, и для построенных по такому принципу ДШ предельные перемещения достигают 2500 мм и более.
Существенными недостатками этих конструкций является высокая шумовая эмиссия, высокие импульсные силовые воздействия и вибрация, передающиеся на конструкцию пролетных строений и устоев, в окрестностях
ДШ, в особенности на места примыкания к ДШ дорожного покрытия, что часто приводит к разрушению обоих, делая небезопасным проезд, а также на подвеску автотранспорта, преждевременно изнашивая ее и создавая не комфортные условия для пассажиров, под воздействием ударной нагрузки от передачи вертикального ускорения шине автомобиля, при его проезде через
значительно раскрытый ДТП, из за из-за поперечных к направлению движения неровностей, обусловленных конструкцией сегментного устройства проезжей поверхности модульного ДШ.
Известны конструкции модульных ДПТ в которых эти недостатки частично устранены, (патент WO 02068760 (А1), 06.09.2002), например, благодаря приваренным сверху ромбовидным пластинкам (система GO Maurer Sonne), а также, повернутым в плане, прямоугольным и другим конфигурациям зубчатых (гребенчатых) и синусоидальных пластинкам (патент WO 0227102 (А1), 04.04.2002). Особенность этих зубчатых (гребенчатых) пластинок заключается в длине консоли, незначительно превышающей ширину промежуточной несущей балки, и тем самым, незначительно снижающей величину расхождения шва, между пластинками.
Недостатком этих конструкций является физическое ограничение длины консоли пределом жесткости зубчатой (гребенчатой) пластины, (горизонтально расположенной под действие вертикальных нагрузок), находящихся между собой в прямо пропорциональной зависимости, что и препятствует существенному снижению длины и количеству продольных разрывов дорожного покрытия ДШ, определяющих уровень звуковых и механических вибраций.
Известен также ДШ со скользящими гребенчатыми плитами (патент
US2008196183, 21.08.2008). Наиболее близким к изобретению по своей сущности и достигаемому результату является ДШ гребенчатого типа, перекрываемый с противоположных сторон консольными односторонне направленными пальцами гребенчатых плит (патент ЕР1359254(А2),
05.11.2003, REISNER & WOLFF ENGINEERING). Продольный профиль гребенчатого пальца этого ДТП представляет собой консольную балку в миниатюре, обычно с увеличением сечения к основанию, способной сопротивляться значительным вертикальным нагрузкам. Благодаря этим прочностным свойствам и своей конструкции, позволяющей практически исключить продольные разрывы поверхности ДШ, при эксплуатации
гребенчатых ДШ было выявлено, что при соблюдении всех эксплуатационных процедур, они обеспечивают комфортные условия проезда, т.к. обладают высокой жесткостью плит, и непрерывной, ровной поверхностью проезда (при малых вертикальных перемещениях), поэтому и шумовая эмиссия в уровне проезжей части у них самая низкая (ниже чем по асфальтовому или бетонному дорожному покрытию). По опыту применения установлено также, что конструкции ДТП с консольными гребенчатыми плитами проявляют себя лучше, чем гребенчатые конструкции со скользящими гребенчатыми плитами.
Недостатком этой конструкции является открытие продольного и поперечного зазора между гребенчатыми пальцами, при раскрытии ДТП, который может быть препятствием для движения велосипедного транспорта. Известна конструкция устройства для гребенчатого ДТП (патент ЕР1033442(А2), 06.09.2000, REISNER & WOLFF ENGINEERING), в которой этот недостаток устранен благодаря установке между гребенчатыми пальцами упругой пластины, соединенной одной стороной болтовым соединением с верхней частью гребенчатой плиты.
Недостатком этой конструкции является наличие дополнительных болтовых соединений (как минимум, два болта на каждую пластину), увеличивающих вероятность их самопроизвольного раскручивания, в процессе эксплуатации, под действием переменных нагрузок и, следовательно, снижающих уровень безопасности при проезде ДТП велосипедным и другими видами транспорта. Также вероятность самопроизвольного раскручивания этих болтовых соединений возрастает и из-за невозможности обеспечения необходимого момента затяжки резьбового соединения, из-за применения болтов малого диаметра, в виду малой ширины упругой пластины.
Общим недостатком ДТП гребенчатого типа является то, что они плохо воспринимают любые перемещения, кроме горизонтально продольных, проявляя чувствительность к перекосам гребенчатых пальцев в горизонтальной плоскости (свыше 10°), что нередко приводит к их
заклиниванию, а также к их вертикальным смещениям друг относительно друга, что нарушает условия проезда и ограничивает перекрываемую ими длину ДШ.
Достоинства этого типа ДШ и отсутствие равноценной альтернативы этим конструкциям, не смотря на их недостатки, предопределили то, что ДТП гребенчатого типа до сих пор широко используются на эксплуатируемых и вновь строящихся мостах во всем мире.
Сущность изобретения
Целью технического решения является:
1. Увеличение длины ДТП гребенчатого типа, за счет устранения перекосов гребенчатых пальцев в горизонтальной плоскости и их вертикальных смещений;
2. Повышение безопасности при движении транспорта по велосипедной части ДТП, за счет максимально возможного снижения количества болтовых соединений и обеспечения необходимого момента затяжки их резьбовых соединений, для предотвращения самопроизвольного раскручивания, при эксплуатации ДШ.
Технический результат достигается за счет того, что:
1. Крайние несущие балки, жестко соединенные с односторонне направленными гребенчатыми пальцами (гребенчатыми плитами с односторонне направленными пальцами), упруго соединены модульными компенсаторами, как минимум, с одной промежуточной несущей балкой, жестко соединенной с двусторонне направленными гребенчатыми пальцами (гребенчатой плитой с двусторонне направленными пальцами).
При применении ДТТТ со скользящими гребенчатыми плитами, в случае одной промежуточной несущей балки, врубная гребенчатая плита, с двусторонне направленными пальцами, жестко соединена с промежуточной несущей балкой, а ответные гребенчатые плиты, с односторонне направленными
пальцами, жестко соединены с крайними несущими балками. При проектировании промежуточных несущих балок свыше одной предпочтительно их число выбирать нечетным, с целью размещения на крайних несущих балках ответных гребенчатых плит, с односторонне направленными пальцами;
2. Продольный профиль упругих гребенчатых пластин имеет ступенчатую или двусторонне симметрично-ступенчатую единую (составную) форму, что обеспечивает жесткое закрепление их нижних частей с крайними и или промежуточными несущими балками без дополнительных, а при помощи уже установленных, болтовых соединений, между этими несущими балками и гребенчатыми пальцами (гребенчатой плитой). В этом болтовом соединении, как правило, применяются высокопрочные болты, имеющие необходимый диаметр для создания требуемой величины силового момента затяжки, для предотвращения их самопроизвольного раскручивания, при эксплуатации. Упругие гребенчатые пластины целесообразно объединять, при помощи одной плоской пластины, в секции по длине соответствующей, закрепленной над ней, секции гребенчатой плиты, для более плотного прилегания поверхностей соединения между собой, и для удобства монтажа и демонтажа.
При использовании конструкции в ДШ со скользящими гребенчатыми плитами в ответной гребенчатой плите необходимо фрезеровать отверстия по ширине и количеству упругих гребенчатых пластин врубной гребенчатой плиты, и длиною достаточной для их беспрепятственного движения в этих отверстиях, при предельных расчетных эксплуатационных режимах раскрытия ДШ.
Описание чертежей
На фигурах представлены варианты реализации ДШ модульно- гребенчатого типа с консольными гребенчатыми пальцами, а также конструкции ДШ гребенчатого или модульно- гребенчатого типов, для велосипедной части ДШ, и упругих гребенчатых пластин.
На Fig. 1 схематично изображен продольный профиль фрагмента ДШ в разрезе, включающий: односторонне направленные гребенчатые пальцы (гребенчатые плиты с односторонне направленными пальцами) (1), крайнюю несущую балку (2), модульный компенсатор (3), промежуточную несущую балку (4), двусторонне направленные гребенчатые пальцы (гребенчатую плиту с двусторонне направленными пальцами) (5). На Fig. 2 и 3 изображены фрагменты ДШ в плане, включающего: гребенчатые плиты с односторонне направленными пальцами (1); с крайние несущие балки (2); одну промежуточную несущую балку (4); двусторонне направленные гребенчатые пальцы (5), Fig. 2; гребенчатую плиту с двусторонне направленными пальцами (5), Fig. 3. Для наглядности, два из вариантов исполнения ДШ приводятся на Fig. 4 и 5: на Fig. 4 - пересечение под углом, на Fig. 5 - на закругленном участке.
На следующих фигурах изображены фрагменты конструкции велосипедной части ДШ: на Fig. 6 план, на Fig. 7 и 8 продольный профиль, в разрезе, фрагмента секции ДШ с гребенчатыми плитами с односторонне направленными пальцами (1), и с гребенчатыми плитами с двусторонне направленными пальцами (5) и модульным компенсатором (3), Fig. 8, упругие гребенчатые пластины (6), нижние части (7), упругих гребенчатых пластин (6), фрагменты крайних несущих балок (2) и промежуточной несущей балки (4), Fig. 8, болтовое соединение (8), плоская пластина (9); на Fig. 9 план, на Fig. 10 продольный профиль Fig. 9, в разрезе, на Fig. 11 фрагмент поперечного профиля Fig. 9, нижние части (7) и плоская пластина
(9), фрагмента секции упругих гребенчатых пластин (6), со ступенчатой формой; на Fig. 12 план, на Fig. 13 продольный профиль Fig. 12, в разрезе, на Fig. 11 фрагмент поперечного профиля Fig. 12, нижние части (7) и плоская пластина (9), фрагмента секции упругих гребенчатых пластин (6), с двусторонне симметрично-ступенчатой формой.
Осуществление изобретения
Модульно-гребенчатый ДШ (Fig. 1,8) перекрывается с противоположных сторон односторонне направленными гребенчатыми пальцами (гребенчатыми плитами с односторонне направленными пальцами) (1), жестко соединенных с крайними несущими балками (2), упруго соединенных модульными компенсаторами (3), как минимум, с одной промежуточной несущей балкой (4), жестко соединенной с двусторонне направленными гребенчатыми пальцами (гребенчатой плитой с двусторонне направленными пальцами) (5). Опорная балка (траверса), и другие, сопряженные с ней детали и узлы, не показаны, на Fig. 1,8, так как ДТТТ может быть выполнен по различным схемам: по балочно-решетчатой или с поворотными траверсами, или другим.
ДШ (Fig. 2 и 3) перекрывается с противоположных сторон гребенчатыми плитами с односторонне направленными пальцами (1), жестко соединенных с крайними несущими балками (2), включает одну промежуточную несущую балку (4), жестко соединенную с двусторонне направленными гребенчатыми пальцами (5), Fig. 2, или с гребенчатой плитой с двусторонне направленными пальцами (5), Fig. 3.
Количество промежуточных несущих балок (4), определяется максимальным раскрытием ДТП, необходимого для обеспечения оптимальной величины межбалочного зазора и нормальной работы ДЛТ, без заклинивания гребенчатых пальцев и их вертикальных смещений относительно друг друга, при объемной деформации зоны ДШ.
Жесткое соединение промежуточной несущей балки (4), с двусторонне направленными гребенчатыми пальцами (5), Fig. 1,2,4,8 или с гребенчатой плитой с двусторонне направленными пальцами (5), Fig. 1,3,5,8 (которое может быть как сварным, Fig. 1,2, так и болтовым, Fig. 1,3,4,5,8), позволяет достичь более широкое, в сравнении ДТП модульного типа, раскрытие зазоров шва, между соседними промежуточными несущими балками (4), или между промежуточными и крайними несущими балками (2) и (4), соединенных модульными компенсаторами (3) (которые могут быть ленточного, пружинного, пневматического или иного типа). Благодаря этому, в сравнении с ДШ гребенчатого типа:
1. Достигается основной технический результат - увеличение длины ДШ, за счет устранения перекосов гребенчатых пальцев в горизонтальной плоскости и вертикальных смещений, в результате их объединения, как минимум, с одной с промежуточной несущей балкой модульного ДШ, допускающего эти перекосы, угол (до 50°, для горизонтальных углов) которых будет делиться на количество установленных промежуточных несущих балок, плюс одну, и равномерно распределяться между всеми пальцами перекрывающими ДШ. Таким образом, при изменении отметок пролетных строений (устоя), из-за просадки мостовых опор, износа опорных частей, неравномерной усадки бетона в пролетных строениях и устое, из-за тектонических и геофизических изменений и проявлений других воздействий в несколько раз снижается риск заклинивания гребенчатых пальцев и их вертикальных смещений относительно друг друга, что даст возможность дальнейшей эксплуатации ДТП и всего мостового сооружения, без остановки движения транспорта
2. Отсутствует необходимость в установке на ДШ отдельного водоотводного устройства, в случае применения в модуле упругого ленточного компенсатора изготовленного из материала, стойкого к воздействиям окружающей среды (ультрафиолетовое излучение, озон) и агрессивных соединений, встречающихся на автомобильных дорогах, (соли, минеральные масла и нефтепродукты), герметично связанного с несущими балками,
надежно защищая от мусора, песка, щебня и влаги нижерасположенные детали и элементы мостового строения;
3. Практически, исключается шумовая эмиссия под пролетным строением, в случае применения в модуле упругого ленточного компенсатора, выполненного из материала, как правило, хорошо поглощающего или рассеивающего звук, и герметично связанного с несущими балками;
4. Обеспечивается возможность интеграции швов со всех пролетных строений моста, не зависимо от его протяженности, в одном, максимум, в двух местах (у его устоев), для более безопасного и комфортного движения транспорта по мосту, и снижения на него временной нагрузки.
В сравнении с ДШ модульного типа:
1. Существенно снижается шумовая эмиссия от транспорта при проезде ДШ, в виду, практически, отсутствия продольных разрывов поверхности сочленения гребенчатых пальцев, при любой эксплуатационной величине раскрытия ДШ;
2. Значительно уменьшается количество промежуточных несущих балок (посредством повышения, между ними, максимально допустимой величины зазора до 700 мм и более, ограниченного лишь длиной двустороннего гребенчатого пальца и допустимыми поперечным горизонтальным и вертикальным углами поворота пролетных строений), опорных и других частей и деталей, с ними связанных, что существенно снижает шумовую эмиссию и импульсные динамические нагрузки на ДШ, пролетные строения и движущийся транспорт;
3. Упрощается конструкция, тем самым, достигается снижение затрат на производство, установку, обслуживание и ремонт, а также повышается надежность и, следовательно, безопасность ДШ и мостового сооружения в целом.
Велосипедная часть ДШ (Fig. 6,7,8) гребенчатого или модульно- гребенчатого типа, перекрываемая с противоположных сторон односторонне направленными гребенчатыми пальцами (гребенчатыми плитами с
односторонне направленными пальцами) (1), или включающая еще и двусторонне направленные гребенчатые пальцы (как минимум, одну гребенчатую плиту с двусторонне направленными пальцами) (5), между которыми расположены упругие гребенчатые пластины (6), имеющие ступенчатую (в устройстве ДГТТ с односторонне направленными гребенчатыми пальцами (1)) или двусторонне симметрично-ступенчатую (в устройстве ДШ с двусторонне направленными гребенчатыми пальцами (5)) форму, с целью жесткого закрепления нижних частей (7), упругих гребенчатых пластин (6), между крайней несущей балкой (2) и односторонне направленными гребенчатыми пальцами (гребенчатыми плитами с односторонне направленными пальцами) (1), или между промежуточной несущей балкой (4) и двусторонне направленными гребенчатыми пальцами (гребенчатыми плитами с двусторонне направленными пальцами) (5), при помощи уже установленного болтового соединения (8). Упругие гребенчатые пластины (6) объединены в секции, при помощи плоской пластины (9), включающей нижние части (7), упругих гребенчатых пластин (6). При любом эксплуатационном раскрытии ДШ незакрепленная часть упругих гребенчатых пластин (6) всегда перекрывается противоположно лежащими и, тем самым, закрывая щели между противоположно лежащими и соседними односторонне направленными гребенчатыми пальцами (1) и (или) двусторонне направленными гребенчатыми пальцами (5).
Упругие гребенчатые пластины (6), с двусторонне симметрично-ступенчатой формой, могут иметь единую или составную форму, относительно центральной оси симметрии (Fig. 11, 12), в зависимости от конкретных условий применения.
Ширина упругих гребенчатых пластин (6) должна быть равна ширине между соседними односторонне направленными пальцами (1), или двусторонне направленными пальцами (5), в самом узком месте - в местах их соединения с крайней несущей балкой (2), или с промежуточной несущей балкой (4), или
у основания гребенчатой плиты с односторонне направленными пальцами (1), или у основания гребенчатой плиты с двусторонне направленными пальцами (5). Длина упругих гребенчатых пластин (6) должна незначительно превышать длину односторонне направленного гребенчатого пальца (1) (двусторонне направленного гребенчатого пальца (5)), с целью их зацепления, при максимальном раскрытии ДТП. Толщина упругих гребенчатых пластин (6) определяется упругими свойствами материала и расчетными нагрузками, которые они должны выдерживать в течении расчетного срока эксплуатации.
Изготавливаться секция упругих гребенчатых пластин (6) может методом гильотинного разрезания и холодного профилирования, или холодной штамповки, с вырезом и изгибом, по проекту.
Помимо основной функции, обеспечения безопасного движения велосипедного транспорта, конструкция обеспечивает защиту от проникновения под ДТТТ снега, мусора, гравия и щебня, с проезжей части моста, тем самым, предотвращая смерзание и повреждение гребенчатых пальцев, неравномерное раскрытие модулей, возможные разрывы ленточного компенсатора, или его выдавливание из пазов несущих балок. В связи с этим, возможно применение конструкции по всей длине ТП, под основной поток транспортных средств, без снижения безопасности проезда, так как болтовая схема, при этом, не изменяется.