ЭСТАКАДА ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И РАЗМЕЩЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ НА РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЯХ
RACK TO MOVE AND LOCATE VEHICLES ON DIFFERENT LEVELS

Изобретение относится к области конструирования и установки эстакад для движения транспортных средств на различных уровнях, или этажах, в частности эстакад для движения легковых автомобилей, а также эстакад для движения грузовых автомобилей или эстакад для движения велосипедов. Кроме этого часть уровней эстакады может использоваться для парковки транспортных средств.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является эстакада автомобильной дороги (патент РФ №2198976). Эстакада включает в себя пролетные строения, опоры и подходные участки. Эстакада выполнена не менее чем одиннадцатипролетной по длине, двухветвевой параллельно сдвоенной в поперечном сечении, каждая ветвь не менее чем под четыре полосы встречно направленного относительно другой ветви эстакады движения по проезжей части и расположена вдоль продольной оси автомобильной дороги.
Недостатком этого технического решения является то, что оно не обеспечивает достаточно высокой пропускной способности для эстакады, в часы пик велика вероятность образования на ней пробок и заторов, не обеспечивается также возможность разведения потоков движения автотранспорта в одну или в какие-либо другие стороны по эстакадам с односторонним движением при возникновении такой необходимости, не обеспечивается возможность поступательного движения автотранспорта по связанным между собой различным уровням движения, то есть с наиболее плотной упаковкой транспортного потока. Кроме того, от транспортного потока на эстакаде распространяются выхлопные газы и шум, дорожное полотно под воздействием снега, дождя, перепадов температур сравнительно быстро повреждается и требует дорогостоящего и затрудняющего перемещение транспортных потоков ремонта.
Задачей изобретения является создание условий для устранения пробок на транспортных магистралях наиболее дешевыми и эффективными средствами, повышение пропускной способности магистрали-эстакады до максимально возможного уровня увеличения в несколько раз ресурса работы конструкции без капитального ремонта, а также снижение загрязнения окружающей среды до минимально возможного уровня.
Техническим результатом изобретения является: высокая пропускная способность эстакады - 7-9 тысяч транспортных средств в час при двух этажах и трех полосах движения в эстакаде с односторонним движением; 20-25 тысяч транспортных средств в час при 5-ти этажах с девятью полосами движения в эстакаде с односторонним движением; возможность продолжать движение, обходя места ремонта или аварий на тех или иных участках эстакады; возможность въезжать, например, с улицы для парковки сразу на верхний этаж эстакады и съезжать соответственно на любой или с любого этажа эстакады; возможность непрерывного движения транспортных средств на скорости 40-90 км в час; обеспечение однотипности конструкций многоэтажных эстакад для их быстрой сборки и установки; обеспечение проводки и разводки многоуровневых эстакад практически над любым пространством, в особенности над дорожными и железнодорожными трассами; обеспечение установки эстакад как для двустороннего движения, так и для одностороннего движения; обеспечение установки эстакад двустороннего и одностороннего движения над перегруженными междугородними трассами любого типа или рядом с ними; существенное повышение степени безопасности дорожного движения, понижение шума и загрязнения воздуха, многократное повышение ресурса эстакады, а также ее существенное удешевление как по себестоимости, так и при эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в эстакаду для перемещения и размещения транспортных средств на различных уровнях, включающую в себя опоры, по крайней мере, три полосы одностороннего движения, участки въезда и съезда, введены как внешние, так и внутренние переезды для транспортных средств, причем внешние переезды установлены так, что к крайним полосам движения на том или ином этаже многоэтажной эстакады с внешней стороны с дорожных наземных полос движения, а также от одного этажа к другому подведены дугообразные наклонные полосы движения для въезда и съезда с эстакады транспортных средств, а также для их переезда с одного этажа на какой-либо другой, внутренние переезды для перемещения транспортных средств последовательно с этажа на этаж выполнены за счет введения наряду, по крайней мере, с двумя одноуровневыми полосами движения, находящимися одна над другой и параллельными друг другу, смежной с ними волнообразной полосы движения с уплощением.
Кроме того, каждая волнообразная полоса содержит два уровня в каждом периоде, соответствующие уровням смежных с ними одноуровневых полос движения.
Кроме того, каждая волнообразная полоса имеет переходные пологие участки между соседними продольно-горизонтальными участками, расстояние по вертикали между обоими, верхним и нижним, продольно-горизонтальными участками каждой волнообразной полосы движения эстакады составляет межэтажный размер, каждая из полос в соседнем вертикальном ряду является одноуровневой и состыкованной на своем этаже последовательно соответственно с верхними и нижними продольно-горизонтальными участками волнообразных полос движения соседнего ряда.
Кроме того, дугообразные наклонные полосы движения закрыты сверху и по бокам. образуя внешние переходные участки с одного уровня движения на другой типа изогнутых объемных рукавов.
Кроме того, полосы продольного движения верхнего этажа эстакады закрыты сверху.
Кроме того, эстакада по бокам изолирована стенками от внешней среды.
Кроме того, уклон каждого внутреннего пологого переходного участка к соответствующему продольно-горизонтальному участку полосы движения составляет не более 2°.
Кроме того, протяженность каждого продольно-горизонтального участка волнообразной полосы движения составляет суммарно не менее 40 значений среднего продольного размера перемещающегося по эстакаде транспортного средства.
Кроме того, типовая секция эстакады включает, по меньшей мере, два вертикальных ряда этажей с полосами движения, причем каждая волнообразная полоса движения содержит верхний и нижний продольно-горизонтальные участки и два пологих переходных к ним участка - вогнуто-выпуклый подъем и выпукло-вогнутый спуск, а каждый отрезок одноуровневой полосы является гладким.
Кроме того, на каждом этаже эстакады установлена, по меньшей мере, одна резервная полосы движения.
Кроме того, на каждом этаже эстакады установлены, по меньшей мере, две резервных полосы для парковки транспортных средств.
Таким образом, пропускная способность эстакады может варьироваться в широких пределах за счет возможности переезда транспортных средств с одной полосы движения на другую и с одного этажа на другой по внешним или внутренним переездам и их перераспределением по всем этажам эстакады. Кроме того, возможно при необходимости наращивание этажей эстакады по вертикали или уменьшение числа этажей.
Непрерывность движения, несмотря на возможные помехи движению на полосе в виде аварий, ремонтных работ и т.п., также обеспечивается объездом этих мест с помощью переезда транспортных средств на свободные полосы движения на том или ином этаже.
Возможность монтажа въездных и съездных рукавов с внешних сторон эстакады не только от наземного дорожного покрытия до первого этажа, но и, например, от наземного покрытия до одного из средних этажей или верхнего этажа, обеспечивает быстрый въезд и съезд транспортных средств, а также быстрое перемещение их на менее загруженные транспортными средствами полосы движения эстакады.
Однотипность секций эстакады, возможность изготовления всех ее элементов в промышленных условиях в основном из недорогого металлопроката обеспечивают быструю сборку и установку эстакады и ее низкую себестоимость.
Размещение всех полос движения эстакады в закрытом объеме позволяет понизить шум и загрязненность воздуха вне эстакады, а также защищает полосы движения от воздействия окружающей среды, удлиняя срок ее службы без капитального ремонта в несколько раз по сравнению со сроком службы дорожных покрытий обычных открытых магистралей.
Подобные многоэтажные эстакады для вновь прокладываемых дорожных трасс делают ненужным строительство обычных дорог с формированием дорогостоящего многослойного дорожного полотна и его последующий дорогостоящий ремонт, причем устанавливать эстакады можно на низкой высоте над самой поверхностью земли, поднимая их уровень только при пересечениях с другими магистралями и сооружениями. Малоэтажная эстакада к тому же, как минимум, в два раза дешевле аналогичной по числу полос движения дорожной магистрали, имеет большую пропускную способность в пиковые нагрузки и может устанавливаться при сравнительно небольших затратах в местах, где дороги строить крайне затруднительно и чрезвычайно затратно, например, в местностях с вечной мерзлотой, болотистых местностях, местах со специфически сложным рельефом и т.п.
Эстакада не требует дополнительного землеотвода и может быть проведена практически везде без создания помех окружающей среде или городскому экстерьеру.
Предложенная конструкция магистрали-эстакады позволяет также рукава-въезды, рукава-съезды и рукава-переходные участки между этажами монтировать так, как это диктуется обстановкой и на любых расстояниях друг от друга, например, достаточно часто для городских магистралей и достаточно редко для междугородних трасс.
На фиг.1 показано расположение полос движения трехэтажной эстакады одностороннего движения с двумя полосами движения на каждом этаже, вид сбоку.
На фиг.2 изображена эстакада одностороннего движения в поперечном разрезе по подсекции первого типа типовой секции эстакады.
На фиг.3 показан фрагмент нижнего этажа типовой секции эстакады с двумя полосами одностороннего движения, въездом и съездом и двумя резервными полосами.
На фиг.4 показан фрагмент среднего этажа типовой секции с двумя полосами одностороннего движения эстакады и тремя резервными полосами.
На фиг.5 показано расположение въездных, переходных и съездных дугообразных наклонных полос движения для подъема или съезда транспортного средства, минуя один или несколько этажей фрагмента трехэтажной эстакады, вид сбоку.
На фиг.6 показан в изометрии внешний вид двухэтажной эстакады с въездами, переходными и съездными рукавами.
Эстакада 1 имеет две полосы одностороннего движения на каждом этаже. Она включает в себя опоры 2, 3, дорожное полотно с полосами движения - правой волнообразной 4 и левой одноуровневой 5 (фиг.1, 2), въездной участок 6 и участок съезда 7 на нижнем этаже (фиг.2, 3). Эта конструкция создает возможность внутренних переездов транспортных средств последовательно с одного этажа эстакады на другой. Эстакада 1 выполнена в виде объемной закрытой магистрали с числом этажей от двух до 10. Одна полоса 4 эстакады 1 является двухуровневой, с разницей в один этаж по высоте между этими уровнями. Продольно-горизонтальные участки 9, 10 полосы движения на этих уровнях являются основными для движения транспортного средства и его перестроения на смежную полосу движения одноуровневой полосы движения 5. Полосы движения в каждом вертикальном ряду полос движения параллельны друг другу (фиг.1). Полосы движения установлены на опорах 2, 3 и отделены от внешнего пространства боковой стенкой 8 (фиг.2). Количество этажей - от двух до 10 - позволяет выбирать при строительстве эстакад необходимую этажность в зависимости от условий движения транспортных потоков, причем высота эстакады и соответственно число этажей могут быть изменены в зависимости от изменения условий движения. Конструкция же полос движения эстакады с образованием для транспортных средств возможности внутренних переездов последовательно с этажа на этаж обеспечивает ее основное свойство - безостановочное движение при возникновении препятствий на отдельных участках эстакады 1. Полосы движения 4 имеют одинаковую, периодически повторяющуюся конфигурацию - волнообразную с уплощением. Соседние полосы 4, 5 в каждом вертикальном ряду состыкованы на каждом этаже на участках 9, 10 волнообразной полосы движения 4 (фиг.1, 2); этаж типовой секции включает отрезок полосы движения с двумя продольно-горизонтальными участками 9, 10 и двумя пологими переходными к ним участками - вогнуто-выпуклым подъемом 11 и выпукло- вогнутым спуском 12 (фиг.4) волнообразной полосы 4 и отрезок одноуровневой полосы 5. С торцевых кромок нижнего продольно-горизонтального участка 13 нижнего этажа эстакады 1 на дорожное полотно на уровне земли выведены въездной 6 и съездной 7 участки (фиг.3). На этой же фигуре показаны резервные полосы 14, предназначенные для совершения маневров при различных дорожных ситуациях. На фиг.4 показан один из средних этажей эстакады 1 с тремя резервными полосами 14 для маневрирования и парковки транспортных средств. Таким образом, расширение этажей эстакады с созданием дополнительных площадей по краям на одном, нескольких или всех этажах позволяет использовать их не только для движения транспортных средств, но и для парковки последних.
В качестве примера отметим, что радиус кривизны как выпуклых, так и вогнутых участков во избежание ощутимых перегрузок, то есть не более 12%, должен составлять не менее 500 метров.
Эстакада 1 может быть расположена вдоль оси автомобильной или железной дороги или на обочине той или иной дороги, а также может быть самостоятельной трассой.
Общее количество полос движения определяется числом этажей в эстакаде и шириной этажа.
В продольном направлении эстакада состоит из однотипных секций. Каждая секция содержит в продольном направлении четыре подсекции.
Нечетная подсекция первого типа представляет собой многоэтажную конструкцию из параллельно расположенных этажей над дорожным полотном. Каждый этаж содержит два состыкованных продольно-горизонтальных участка - один 10 относится к волнообразной полосе движения 4, а второй, соответствующий участку 10 по длине, относится к одноуровневой полосе движения 5 (фиг.1, 4). Межэтажное расстояние составляет величину, достаточную для свободного проезда автомобилей, в частности, в эстакаде для легковых автомобилей межэтажное расстояние составляет порядка 2,5 метров. Протяженность подсекции первого типа - около 400 метров.
Следующая стыковочная подсекция второго типа представляет собой также конструкцию из параллельно расположенных в каждом вертикальном ряду этажей. Каждый этаж, начиная со второго, включает пологий переходной участок правой полосы движения 4 - подъем 11 - с разделителем (не показан) между волнообразной полосой движения 4 и одноуровневой полосой движения 5. Межэтажное расстояние такое же, как в подсекции первого типа. Угол наклона этого участка 11 составляет 2°. Пологий переходной участок 11 своей кромкой выведен на уровень следующего этажа (фиг.1, 4). В частности, в эстакаде для легковых автомобилей длина подсекции второго типа, или протяженность каждого пологого переходного участка полосы движения - порядка 100 метров. Нижний этаж подсекции второго типа отличается от последующих ее этажей только тем, что переходной участок одностороннего движения типовой секции опущен на дорожное полотно и является въездным участком 6 (фиг.1, 3). С противоположной стороны на дорожное полотно выведен съездной участок 7 (фиг.3).
Остальные участки подсекции второго типа являются отрезками левых одноуровневых полос движения 5.
Следующая нечетная стыковочная подсекция третьего типа аналогична подсекции первого типа, но с тем отличием, что на каждом этаже уровень продольно-горизонтального участка полосы движения 4 смещен вверх на расстояние в один этаж и этот участок 9 состыкован торцом с соответствующим пологим участком 11 полосы движения подсекции второго типа (фиг.1, 4).
Следующая стыковочная подсекция четвертого типа аналогична подсекции второго типа, но с тем отличием, что на каждом этаже угол наклона переходного участка 12 полосы движения 4 сменен на противоположный и пологий переходной участок 12 выведен на уровень полос движения 4 подсекции первого типа следующей типовой секции (фиг.1).
Далее эстакада 1 составлена из подобных секций. В качестве примера рассмотрим эстакаду 1 в поперечном разрезе (фиг.2). Эстакада 1 представляет собой для подсекции первого типа каркас, состоящий в поперечном разрезе из двух вертикальных опор 2 и поперечных опор 3, крепящихся на вертикальных опорах 2. Расстояние между вертикальными опорами 2, которые могут быть выполнены в виде столбов или ферм, соответствует ширине двухполосного полотна движения, то есть для эстакады с движением легковых автомобилей - около 6-ти метров. Высота вертикальных опор 2 определяется этажностью эстакады и расположением над дорожным полотном. Если первый этаж эстакады расположен над дорожным полотном на высоте 4-5 метров, то высота 3-этажной эстакады составит около 12 метров. Расстояние между вертикальными опорами 2 вдоль подсекции первого типа того же вида эстакады составляет порядка 6-ти метров. Каждый этаж эстакады 1 опирается на поперечные опоры 3, крепящиеся на вертикальных опорах 2, количество таких поперечных опор 3 соответствует числу этажей. Между поперечными опорами 3 на швеллерах уложено дорожное полотно, представляющее собой металлические рифленые или решетчатые пролеты по шесть метров длиной, а шириной около метра.
Конструкция подсекции второго типа представляет в основе каркас, содержащий в поперечном разрезе две вертикальные опоры 2 и поперечные опоры 3, крепящиеся на вертикальных опорах 2. Расстояние для того же вида эстакады между этими вертикальными опорами около 6-ти метров. Расстояние между каждой парой вертикальных опор 2 вдоль секции второго типа составляет 6 метров. Каждый этаж эстакады опирается на поперечные опоры 3, длиной около 6 метров, крепящиеся на вертикальных опорах 2, количество таких поперечных опор 3 соответствует числу этажей. Переходной участок, или наклонная полоса движения на каждом этаже поддерживается поперечной опорой-перемычкой 3. На поперечные опоры 3 уложено дорожное полотно для полос движения, представляющее собой для того же вида эстакады металлические пролеты по шесть метров длиной и около метра шириной. При этом поперечные опоры 3 между соседними вертикальными опорами 2 крепятся на разных уровнях.
Конструкция подсекции третьего типа аналогична конструкции подсекции первого типа, но с тем отличием, что поперечные опоры 3 находятся на уровне, соответствующем расстоянию в один этаж над подсекцией первого типа.
Конструкция подсекции четвертого типа аналогична конструкции подсекции второго типа, но с отличием в том, что уклон переходного участка 12 полосы движения 4 соответственно изменен на противоположный.
В случае расширения каждого этажа эстакады для создания парковочных мест с каждой стороны эстакады может быть установлен дополнительный ряд вертикальных и поперечных опор (не показано).
Эстакада 1 в зависимости от условий эксплуатации и расположения имеет различные конструкции въездных 6 и съездных 7 участков на дорожное полотно, например, въезд непосредственно с дорожной полосы улицы, съезд на поперечное направление и т.д.
Таким образом, транспортное средство, перемещающееся по волнообразной полосе движения, кроме полосы движения на нижнем этаже, которая связана с дорожным полотном, периодически поднимается на уровень, соответствующий расстоянию между этажами, а затем опускается на предыдущий уровень и тем самым может перестроиться на одноуровневые полосы движения, находящиеся на каждом этаже. Если транспортное средство следует по одноуровневой полосе 5, то оно может перестроиться на один из уровней волнообразной полосы 4 и снова подняться или опуститься на следующий этаж и так далее. То есть подобным перестроением транспортное средство может последовательно перемещаться с этажа на этаж.
Например, если легковой автомобиль, въехав по пологому въезду 6 на продольно-горизонтальный участок нижнего этажа правой полосы движения, продолжит перемещаться по нему, то он спустится по съезду 7 на дорожное полотно, то есть съедет с эстакады. Если же автомобиль, двигаясь по этому продольно-горизонтальному участку нижнего этажа правой полосы движения 4, перестроится на соседний участок одноуровневой, левой полосы движения 5 и продолжит движение по ней, то, проехав до отрезка, стыкующегося с нижним продольно-горизонтальным участком 10 правой волнообразной полосы движения 4 подсекции первого типа, он может переехать на нее и, продолжая движение по ней, подняться по пологому подъему 11 подсекции второго типа на следующий, верхний, продольно-горизонтальный участок 9 полосы движения 4 подсекции третьего типа и продолжать движение по этой волнообразной полосе или же может переехать на левую одноуровневую полосу движения 5 второго этажа и продолжать движение по ней. С этой одноуровневой полосы движения второго этажа автомобиль также может перейти на любой, стыкующийся с ней нижний продольно-горизонтальный участок 10 правой волнообразной полосы движения 4 следующего уровня и продолжать движение по ней, либо снова на любом верхнем участке этой волнообразной полосы движения переехать на левую одноуровневую полосу движения 5 уже третьего этажа и так далее. Подобным же образом он может спуститься вниз и съехать с эстакады.
Это также означает, что при движении на скорости 40-90 км/час по одной из полос движения эстакады транспортное средство при том или ином заторе (ремонт, авария и т.п.) на этой полосе может загодя перестроиться на другую - свободную полосу движения этого или другого этажа. Таким образом обеспечивается непрерывность движения на эстакаде, без образования заторов и пробок.
Вместе с внутренними переездами в эстакаде используются и внешние переезды для транспортных средств, в результате чего появляется, например, возможность быстрого въезда автомобилей с улицы сразу на верхний этаж эстакады для их дальнейшего движения или парковки на этом этаже. Точно так же автомобили могут быстро съезжать с того или иного этажа, а также переезжать с этажа на этаж. Последнее предполагает сравнительно недолгий процесс заполнения всего объема эстакады автомобилями в случае пиковых нагрузок магистралей.
Для этого случая эстакада 1 с полосами одностороннего движения (фиг.5, 6) содержит въездные участки 6 и участки съезда 7, которые могут быть выполнены в виде дугообразных наклонных полос движения (фиг.5, 6), причем в предпочтительном варианте эти полосы закрыты с боков и сверху и напоминают изогнутые объемные рукава (фиг.6). Этажи эстакады 1 могут соединяться между собой с внешней стороны переходными участками 15 с дугообразными наклонными полосами движения (фиг.5, 6), причем в предпочтительном варианте эти полосы закрыты с боков и сверху и напоминают изогнутые рукава (фиг.6).
Безостановочное движение, даже при возникновении препятствий на отдельных участках эстакады, обеспечивается возможностью переезда транспортного средства как на соседнюю полосу движения или на другие этажи эстакады 1 как по внутренним переездам в силу указанной конфигурации и расположения полос движения, так и внешним переездам в виде переходных рукавов 15, регулярно размещенным с внешних сторон эстакады 1 (фиг.5, 6).
Въездные участки 6 и участки съезда 7 так же регулярно размещены по бокам эстакады 1 (фиг.1, 5).
Эстакада 1 в зависимости от условий эксплуатации и расположения имеет различные конструкции въездных 6 и съездных 7 участков на дорожное полотно, например, въезд непосредственно с дорожной полосы улицы, съезд на поперечное направление и т.д.
Для обеспечения безопасности движения боковые поверхности 8 эстакады 1 могут быть защищены жесткими противоударными конструкциями.
Последний этаж на расстоянии около 2,5 метров сверху от полос движения эстакады покрыт жесткой плоской конструкцией, на которой могут парковаться автомобили.
Таким образом, автомобиль может въехать в соответствии с передаваемой информацией о плотности движения на этажах эстакады на этаж с наименьшей плотностью и перемещаться, например, по гладкой одноуровневой полосе движения со скоростью 40-90 км/час до момента съезда с эстакады-магистрали. При этом, в случае аварии на одной из полос движения или обеих полосах на каком-то этаже, автомобиль может объехать место аварии, заранее перейдя по одному из переходных участков на другой этаж с нормальными условиями движения.
Конструктивные особенности эстакады предполагают изготовление всех ее элементов в промышленных условиях. Поэтому все строительно-монтажные работы, в основном сборочные и сварочные, за исключением подготовки грунта для вертикальных опор производятся на местах сооружения эстакад. Монтаж эстакады производят над действующими магистралями либо над любыми земельными участками. Собрать одну типовую секцию эстакады, в данном примере 1 км длиной, состоящую из четырех различных подсекций, при наличии необходимого оборудования и специалистов можно в течение 3-х месяцев. Соответственно удесятирение оборудования и числа специалистов предполагает строительство десятикилометрового участка эстакады также за три месяца.
Конструктивное исполнение эстакады предполагает ее эксплуатацию в различных климатических условиях. При этом закрытые со всех сторон полосы движения от воздействия различных факторов окружающей среды практически не разрушаются, а возможная фильтрация выхлопного газа позволяет сделать закрытые эстакады экологически чистыми. Шум так же практически не выходит за пределы объема эстакады, что немаловажно для городских магистралей.
Аналогичные еще более легкие эстакады могут быть использованы для велосипедов и других мускульных средств передвижения, тяжелые - для грузовиков.