ПРОДОЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ГОФРИРОВАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ИЗГИБАЕМЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована при сооружении гофрированных водопропускных труб под насыпями железных и автомобильных дорог, а также при сооружении арочных строительных конструкций из гофрированного металла.
Известны сборные металлические гофрированные трубы, собираемые из стандартных элементов, представляющих собой стальные гофрированные листы, изогнутые по заданному радиусу. По контуру каждый элемент перфорирован отверстиями под соединительные болты. Отверстия на концевых участках вдоль кромок, перпендикулярных образующей гофра, размещены в два ряда в шахматном порядке на гребнях и впадинах гофров. Соединяют стандартные элементы между собой стыками внахлестку на оцинкованных болтах (Е.А.Артамонов и др. «Водопропускные трубы под насыпями», «Транспорт», М., 1982, с.182-187).
Недостаток такого соединения заключается в том, что при увеличении изгибающих моментов применяемое расположение болтов не обеспечивает требуемой несущей способности соединения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является продольное соединение металлических гофрированных элементов, включающее концевые участки соединяемых элементов, объединенные посредством нескольких одиночных болтовых соединений, сформированных в ряды, расположенные в зоне нахлестки и ориентированные в направлении образующей гофров, причем ряды на гребнях и впадинах смещены относительно друг друга в направлении образующей гофров (Патент РФ на полезную модель №26566, опубл. 10.12.2002, Бюлл.№34).
Недостаток такого соединения заключается в том, что при увеличении толщины листов и пролетов конструкций кроме изгиба появляется существенная продольная сила, на восприятие которой данное соединение не приспособлено.
Задача предлагаемой полезной модели состояла в создании продольного соединения, позволяющего сооружать конструкции из металлических гофрированных элементов с крупными гофрами, большой толщиной используемого металла и обеспечивающего требуемую несущую способность соединения.
Для достижения указанного технического результата в продольном соединении металлических гофрированных элементов, включающем концевые участки соединяемых элементов, объединенные посредством нескольких одиночных болтовых соединений, сформированных в ряды, расположенные в зоне нахлестки и ориентированные в направлении образующей гофров, причем ряды на гребнях и впадинах смещены относительно друг друга в направлении образующей гофров, для болтов сформированы первая, вторая и третья зоны, причем первая и вторая зоны расположены со стороны торцов концевых участков соединяемых элементов, обе прямоугольного очертания в плане, одна на гребне, другая во впадине, а третья зона имеет в плане гофрированного элемента форму параллелограмма, у которого две противоположные стороны размещены соответственно по оси гребня и по оси впадины и примыкают одна к первой, а другая ко второй зонам, причем в первой и второй зонах болты расположены в один или два параллельных ряда, ориентированных соответственно вдоль оси впадины и вдоль оси гребня, а в третьей зоне болты расположены в один или несколько рядов как в зоне впадины или гребня, так и между ними, при этом
1
2
В=c+c+m,
1
2
c=c=b+d(n-1),
3
b≤m=c-p,
3
1
1
c=n·d,
1
n≥0, n≥1,
где В - общая длина продольных соединений металлических гофрированных элементов, мм;
1
2
c, c - длина соответственно первой и второй зоны мм;
m - расстояние между зонами первой и второй в направлении образующей гофров, мм;
b - расстояние от центра крайнего болта до торца элемента, мм;
d - расстояние между болтами в рядах первой зоны, второй зоны, мм;
n - количество болтов в ряду в первой и второй зонах, шт.;
3
c - длина стороны третьей зоны, ориентированной вдоль образующей гофров, мм;
1
n - количество болтов в максимальном по длине ряде в третьей зоне, шт;
1
d - расстояние между болтами в максимальном по длине ряде в третьей зоне, мм,
3
1
2
р - величина перекрытия зон c, с одной стороны, и c или c, с другой, в продольном направлении по отношению к образующей гофра.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображено размещение болтов в продольном соединении гофров (в плане);
на фиг.2 - ступенчатое сечение А-А (см. фиг.1);
на фиг.3 - сечение Б-Б (см. фиг.1).
Продольное соединение металлических гофрированных элементов состоит из головной части элемента 1 и хвостовой части элемента 2, расположенных внахлестку и объединенных болтами 3, 4, 5 (фиг.1 и фиг.2). Для болтов сформированы первая, вторая и третья зоны. Болты 3 расположены по гребню в первой зоне (в сжатой зоне при изгибе), болты 4 - во впадине во второй зоне (в растянутой зоне). Количество болтов определяется расчетом. В зависимости от количества болты могут быть расположены в один или несколько параллельных рядов, ориентированных вдоль образующей гофра. Зоны первая и вторая находятся на расстоянии «m» друг от друга (фиг.1). Болты 5 расположены в третьей зоне, которая в плане гофрированного элемента имеет форму параллелограмма, у которого две противоположные стороны расположены соответственно по оси гребня и по оси впадины и примыкают одна к первой, а другая ко второй зонам, причем болты могут быть расположены в один или несколько рядов как в зоне впадины или гребня, так и между ними. Размеры зон и их расположение характеризуются следующими соотношениями:
1
2
В=c+c+m,
1
2
c=c=b+d(n-1),
3
b≤m=c-p,
3
1
1
c=n·d,
1
n≥0, n≥1,
где В - общая длина продольных соединений металлических гофрированных элементов, мм;
1
2
c, c - длина соответственно первой и второй зоны, мм;
m - расстояние между зонами первой и второй в направлении образующей гофров, мм;
b - расстояние от центра крайнего болта до торца элемента, мм;
d - расстояние между болтами в рядах первой и второй зоны, мм;
n - количество болтов в ряду в первой и второй зонах, шт.;
3
c - длина стороны третьей зоны, ориентированной вдоль образующей гофров, мм;
1
n - количество болтов в максимальном по длине ряде в третьей зоне, шт;
1
d - расстояние между болтами в максимальном по длине ряде в третьей зоне, мм,
3
1
3
р - величина перекрытия зон c, с одной стороны, и c или c, с другой, в продольном направлении по отношению к образующей гофра.
Позициями 6 и 7 обозначены соответственно ось гребня и впадины. Необходимость создания предлагаемого продольного соединения диктуется следующими соображениями. Первые гофрированные конструкции водопропускных труб изготавливались из элементов с малым гофром - с шириной «l» гофра 150 мм и его высотой до 50 мм. Это было связано как с имеющимся в распоряжении оборудованием для изготовления гофрированных элементов, так и с малыми отверстиями самих водопропускных труб, применявшихся в то время с использованием гофрированных элементов. Постепенно увеличивались размеры гофров (ширина гофра до 400 мм и выше) и толщина используемого металла до 5, 7, 10 мм и выше. Стало возможным сооружать конструкции пролетом до 20 м и более. Схемы сооружений, которые изготавливаются из гофрированных элементов, также усложнялись, появились арочные конструкции, конструкции с усилением и др. В связи с этим увеличивается и сложность работы продольных соединений гофров.
1
2
При увеличении размера гофра со 150 мм до 400 мм количество болтов в расчете на один гофр увеличивается, что приводит к их увеличению в каждом ряду. Однако в растянутой зоне для соединения, работающего на изгиб, при наличии болтов больше одного происходит расстройство болтового соединения. Выход из этого положения -формирование условий, при которых в растянутой зоне работа болтов будет более благоприятной. Это достигается тем, что ряды болтов на гребнях и впадинах смещены относительно друг друга в направлении образующей гофров. Это было осуществлено на практике и сделано в предлагаемом техническом решении (первая и вторая зоны длиной c и c на фиг.1). Однако по мере увеличения толщины металла гофров и сложности возводимых конструкций все чаще требуется кроме изгибающего момента воспринимать также продольную силу. С этой целью в предлагаемом техническом решении введена третья зона, расположенная между зонами первой и второй. При этом расстояние «m» между последними по сравнению с прототипом увеличиваются. Количество болтов в третьей зоне определяется расчетом, а устанавливаются они как на гребне, так и во впадине, а также возможна установка их (при необходимости) и между гребнем и впадиной.
При определении конфигурации размеров третьей зоны необходимо учитывать следующие требования:
1) обеспечить расположение первой и второй зон по противоположным концам соединения для хорошего восприятия изгибающих моментов (т.е. между ними должно быть расстояние «m» не меньше величины «b», которое принимается обычно 100 мм);
2) минимизировать расстояние «m» между первой и второй зон с целью уменьшения общей длины соединения, т.е. для снижения стоимости соединения.
Указанные два требования в значительной степени противоречивы. Поэтому для их удовлетворения сделано следующее:
- длина перекрытия «р» третьей и первой, а также одновременно третьей и второй не должно превышать допустимой величины. Из опыта работы подобных конструкций можно сделать вывод, что
- или (что то же самое)
- перекрытие «р» формируется на другой части гофра по отношению к рядом находящейся первой или второй зоне (т.е. если зона первая расположена на гребне, то рядом находящийся участок «р» расположен во впадине);
- для сокращения общей длины соединения часть болтов третьей зоны может быть расположена также между гребнем и впадиной;
- по возможности болты первой и второй зон располагать не в один, а в два ряда.
Область эффективного использования предлагаемого соединения - конструкции из гофрированных элементов с крупными гофрами с шириной порядка 300 мм и более, большой толщиной металла (7 мм и более) и сложными условиями работы соединений.