Фундамент противотаранного шлагбаума
FOUNDATION OF AN ANTI-RAM BOOM BARRIER

Изобретение относится к области конструктивных решений фундаментов и может быть использовано для передачи на грунт действующей нагрузки от установленного на него противотаранного шлагбаума.
Известен металлический свайный фундамент с ростверком, состоящий из 4-х и более свай для закрепления в грунте широкобазовых несущих конструкций. Свайный фундамент состоит из отдельных свай, перекрытых сверху ростверком. Ростверк объединяет головные участки свай. Он служит для распределения нагрузки, передаваемой на сваи. В стенках участков свай, размещаемых над грунтом, выполнены сквозные соосные отверстия для размещения проходящей насквозь трубчатого тела шпильки с расположением ее продольной оси поперечно продольной оси трубчатого тела. Ростверк включает в себя закрывающую свободный конец крышку, на которой сверху размещена обойма с фланцем сверху, в котором выполнено центральное отверстие для пропуска, размещенного в полости трубчатого тела анкерного болта с отверстием для пропуска шпильки и вывода его конца с резьбой наружу через фланец, а также шайба на фланце, охватывающая выведенный наружу конец анкерного болта и которая приварена к фланцу, и по крайней мере одна гайка для анкерного болта для закрепления ростверка на трубчатом теле путем завинчивания (Патент РФ №123025, МПК E02D 27/12, опубл. 20.12.2012).
Общими признаками свайного фундамента с ростверком с заявляемым техническим решением является наличие свай и ростверка.
Недостаток известной конструкции заключается в невозможности воспринимать и передавать на грунт значительные динамические нагрузки, которым подвержен противотаранный шлагбаум, в связи с отсутствием у фундамента конструктивных элементов способных воспринимать выдергивающие силы.
Наиболее близким по конструктивному решению и достигаемому техническому результату к заявленному изобретению является металлический свайный фундамент, включающий сваи и ростверк. Сваи выполнены в виде вертикально расположенных труб, по меньшей мере, две из которых жестко связаны между собой, по меньшей мере, двумя соединяющими балками, каждая из не связанных между собой труб в верхней части снабжена средством для опоры ростверка, ростверк выполнен в виде системы Г-образных балок, каждая из которых снабжена, по меньшей мере, одним жестко соединенным с концом балки демпфером, посредством которого она опирается на средство для опоры (Патент РФ №123425, МПК E02D 27/12, опубл. 27.12.2012).
Общими признаками металлического свайного фундамента с заявляемым техническим решением является наличие свай и ростверка.
Недостаток известной конструкции заключается в невозможности воспринимать значительные сдвигающие усилия, возникающие вследствие таранного удара транспортным средством, приводящий к неконтролируемым деформациям с возможным дальнейшим разрушением конструкции в целом.
Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в повышении несущей способности и эксплуатационных качеств устройства, а именно, в увеличении стойкости к таранному удару транспортным средством и минимизации деформации, повреждения конструкции.
Технический результат достигается применением совокупности конструктивных решений. Благодаря конструктивным особенностям фундамента, а именно: анкерной плите, находящейся в несущем слое грунта, анкерной тяге, проходящей внутри внешней сваи, нижний конец которой крепится к анкерной плите, а верхний к оголовку сваи, а также распорке расположенной между двумя смежными ростверками. Данное конструктивное решение ведет к повышению несущей способности за счет включения грунтового массива, лежащего выше анкерной плиты, в работу по восприятию кратковременной динамической нагрузки. Вместе с тем, снижает возможность кинематических перемещений ростверков, за счет восприятия распоркой сдвигающих усилий, возникающих вследствие таранного удара транспортным средством.
Далее заявляемое техническое решение поясняется ссылками на чертежи.
На фиг. 1 изображен общий вид фундамента противотаранного шлагбаума.
На фиг. 2 изображен вид сверху одного ростверка со сваями.
На фиг. 3 изображен вид снизу одного ростверка со сваями.
На фиг. 4 изображен фрагмент фундамента противотаранного шлагбаума (оголовок сваи с сопряженным квадратным фланцем).
На фиг. 5 изображена схема распределения усилий на 1 стадии работы.
На фиг. 6 изображена схема распределения усилий на 2 стадии работы.
На фигурах представлены следующие позиции: 1 - главная балка; 2 - второстепенная балка; 3 - внутренняя свая; 4 - внешняя свая; 5 - фланец; 6 - анкерная тяга; 7 - анкерная плита; 8 - гайка с глухим концом; 9 - регулировочный болт с гайками; 10 - распорка; 11 - монтажная втулка.
Фундамент противотаранного шлагбаума является пространственной металлической конструкцией, включающей в себя сваи и два смежных ростверка, соединенных между собой распоркой (фиг. 1).
Каждый ростверк представляет собой систему перекрестных балок, состоящую из двух главных 1 и двух перпендикулярно примыкающих к ним второстепенных балок 2 (фиг. 1). Все балки выполнены из стальных горячекатаных двутавров и имеют между собой жесткое сварное сопряжение, образуя единую замкнутую опорную площадку для установки элементов противотаранного шлагбаума.
Сваи выполнены из стальных труб, вертикально погруженных в грунт до проектной отметки одним из известных способов. Различают внутренние сваи 3 и внешние сваи 4 (фиг. 2, фиг. 3). Оголовки всех свай жестко сопряжены с квадратными фланцами 5, имеющими по центру отверстие и изготовленными из листового горячекатаного проката (фиг. 4).
Внутри внешних свай 4 по всей длине через геометрические центры проходят анкерные тяги 6 выполненные из стального круглого проката (фиг. 2, фиг. 3). Нижним концом анкерные тяги 6 посредством шарнирного соединения крепятся к анкерным плитам 7, каждая из которых представляет собой две поворотные лопатки, выполненные из листового горячекатаного проката (фиг. 2, фиг. 3). Анкерные плиты 7 погружены в несущий слой грунта одним из известных способов. Верхним концом анкерные тяги 6, проходя через отверстия фланцев 5, фиксируются гайкой с глухим концом 8, тем самым образуя упор (фиг. 4).
С помощью регулировочных болтов с гайками 9 металлический ростверк, состоящий из балок 1 и 2, крепится к фланцам 5 оголовков свай 3 и 4, образуя разборное соединение (фиг. 4). Применение регулировочных болтов с гайками 9 дает возможность с высокой точностью выставлять два смежных ростверка на один уровень по высоте.
Распорка 10, выполненная из стальной трубы, поочередно устанавливается в монтажные втулки 11, расположенные на второстепенных балках 2 со стороны внутренних свай 3 смежных ростверков. Монтажные втулки 11 представляют собой стальные трубы большего диаметра относительно распорки 10 и обеспечивают ее проектное положение, а также препятствуют возникновению случайных перемещений. В свою очередь распорка 10, образуя шарнирное соединение с монтажными втулками 11, предназначена для уменьшения горизонтальных перемещений смежных ростверков навстречу друг к другу (фиг. 1).
В зависимости от степени стойкости к таранному удару шлагбаума, устанавливаемого на предлагаемое конструктивное решение, количество свай, анкерных тяг и плит, а также геометрические размеры ростверков могут варьироваться. Указанные параметры определяются расчетным путем исходя из тактико-технических характеристик предъявляемых к противотаранному шлагбауму.
Работа устройства.
Отличительной особенность заявляемого технического решения является двух стадийная работа фундамента. При функционировании противотаранного шлагбаума в штатном режиме, нагрузка от собственного веса конструкций, а также эксплуатационная нагрузка, а именно силы инерции, возникающие при перемещении в вертикальной плоскости стрелы барьера, передаются на ростверк в виде нормальной и поперечной силы, а также изгибающего момента. В свою очередь металлический ростверк раскладывает изгибающий момент на пару сил. В результате этого одна из сил посредством фланцев 5 вдавливает внутренние сваи 3. Эти сваи работают на сжатие. Другая сила посредством тех же фланцев 5 заставляет внешние сваи 4 испытывать растяжение. На данной стадии в работе по восприятию и дальнейшей передаче нагрузки на грунт участвуют только ростверк и сваи (фиг. 5).
В случае таранного удара, выдергивающие силы, действующие на внешние сваи 4, посредством фланцев 5 и гаек с глухим концом 8, образующих упоры, вовлекают в работу на растяжение анкерные тяги 6 (фиг. 4). В свою очередь анкерные тяги 6 посредством анкерных плит 7 включают в работу по восприятию выдергивающих сил массив грунта, лежащий выше отметки анкерных плит 7. Таким образом, грунтовый массив в виде перевернутой пирамиды с вершиной у анкерной плиты 7 участвует в гашении кинетической энергии ударяющего транспортного средства, тем самым повышая несущую способность заявляемого технического решения (фиг. 6). Кроме пары нормальных сил, возникающих в результате разложения ростверком изгибающего момента, на устройство действуют поперечные силы. Ввиду особенностей работы противотаранного шлагбаума, максимальные сдвигающие усилия возникают в продольном направлении, вследствие чего два смежных ростверка пытаются совершить кинематические перемещения навстречу друг другу. Указанные сдвигающие усилия, воспринимает распорка 10, тем самым сводя к минимуму деформации и повреждения устройства (фиг. 6). На данной стадии в работе по восприятию кратковременной динамической нагрузки, возникающей вследствие таранного удара, участвуют не только конструктивные элементы фундамента противотаранного шлагбаума, но и вышележащая толща грунта.