ПРОЛЕТНОЕ СТРОЕНИЕ ПОВЫШЕННОЙ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ИЗ УГЛЕПЛАСТИКА УНИВЕРСАЛЬНЫХ МОСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Полезная модель (далее - ПМ) относится к области мостостроения и может быть использована для устройства временных автодорожных разборных балочных мостов из пролетных строений (ПС) с ездой понизу открытого типа под однопутное движение.
Известны конструкции пролетных строений с ездой понизу открытого типа балочных и вантово-балочных автодорожных временных мостов, собираемых из элементов группы пролетной строений, входящих в комплект универсальных мостовых конструкций УМК (Универсальные мостовые конструкции. ЦНИПСК. М.: 2003) [1].
В состав группы пролетных строений УМК входят концевые и типовые секции со сплошными главными балками, поперечные балки, блок-щиты проезжей части, винтовые стяжки для обеспечения горизонтальной продольной жесткости пролетного строения, а также крепежные и монтажные элементы [1].
Из перечисленных элементов возможна сборка пролетных строений расчетной длиной от 42,0 м до 73,5 м в зависимости от схемы, принятой в проекте моста [1, лист 11, табл. 1]. При этом длина пролетного строения определяется количеством типовых секций главных балок (Б1, длиной 10,94 м), располагаемых между двумя концевыми секциями (Б2 и Б3, длиной 9,0 м) [1]. Соединение смежных секций главных балок производится штырями [1].
Все элементы пролетного строения УМК изготовлены из сталей различных марок [1, лист 12].
Наиболее близким по конструкции к ПМ является пролетное строение УМК расчетной длиной 42,0 м. Главные балки его собираются из 2-х концевых секций и расположенных между ними 3-х типовых промежуточных секций [1, листы 19 и 21].
Основными недостатками ПС, принятого в качестве прототипа ПМ, являются.
1. Значительный вес - 1,72 т/м, т.к. оно изготовлено из сталей [1, табл. 1].
2. Большое количество блок-щитов проезжей части (23 шт.). При этом каждый блок (массой 1,7 т) устанавливается индивидуально [1, лист 17]. Это требует значительных затрат времени на крановые работы.
3. Разная длина секций главных балок (9,0 м - концевых и 10,9 м - типовых). Их изготовление на заводе требует различной технологической оснастки.
4. Габарит Г-4,5 м является несколько завышенным. Многолетний опыт эксплуатации Средних автодорожных разборных мостов модернизированных (САРМ-М) [2] показывает, что для однопутных автодорожных разборных мостов (АРМ) достаточным является габарит Г-4,2 м. Такой габарит отвечает также требованиям «Технических условий проектирования военных автодорожных мостов и переправ» (ТУВAM) [3] для мостов с грузоподъемностью 80 т и с наибольшей шириной машин гусеничных 3,8 м и колесных 3,4 м (п. 1,24 и п. 1,57).
2
5. Главные балки пролетного строения, являясь сплошными, имеют значительную площадь боковой поверхности (более 75 м), что создает ветровое давление на пролетное строение величиной более 6 тс [3, п. 1,69 и 1,70].
6. Низкая коррозийная стойкость стали.
Кроме того, являясь типовой конструкций автодорожных разборных мостов, изготавливаемых в заводских условиях, УМК рассчитаны на грузоподъемность в 60 т. Между тем ТУВAM [3] действующий более 40 лет, рекомендует повышенную грузоподъемность в 80 т [п. 1,58] для разработки новых типовых разборных конструкций военных, в т.ч. временных мостов.
Такое несоответствие следует также считать в качестве одного из основных недостатков УМК. В связи с изложенным, ПМ может быть применена при модернизации имущества УМК в целях повышения грузоподъемности до 80 т, совершенствования конструкций элементов прежде всего пролетного строения и улучшения его технических характеристик, а также сокращения количества составляющих элементов. Для этого целесообразно использовать в качестве основного материала углепластик.
Известно, что в последние годы композитные материалы - углепластик и стеклопластик - находят все более широкое применение как в конструкциях постоянных, так и временных мостов благодаря улучшенным характеристикам по сравнению со сталью. Об этом свидетельствуют патенты на полезные модели: №165497 от 3.10.2016 г. [4], №180956 от 20.07.2018 г. и другие.
3
3
Углепластики, например, до пяти раз легче стали (плотность стали 7800 кг/м, а углепластика 1500 кг/м). У них выше предел прочности (1800-2500 МПа против 300 МПа у стали), а также до 10 раз выше несущая способность при растяжении (30 МН против 3 МН у стали). Углепластики обладают более высокой коррозийной стойкостью.
Указанные показатели имеют важное значение для мостов и других мостовых сооружений, в том числе временных.
Поэтому углепластик принят в качестве материала для изготовления основных (несущих) элементов УМК при их модернизации.
Предварительные расчеты показывают, что при одинаковой массе длину пролетного строения из углепластика можно увеличить с 42 м до 54,6 м. При этом количество секций следует сократить с 5 до 4 с одинаковой длиной всех секций не менее 13 м.
Технической задачей ПМ является разработка такой конструкции пролетного строения повышенной грузоподъемности из элементов УМК, которая обеспечит снижение массы ПС и более высокую коррозийную стойкость, а также меньшую площадь воздействия ветровой нагрузки, меньшее количество составных элементов, из которых собирается пролетное строение с ездой понизу открытого типа.
Данная техническая задача решена за счет того, что пролетное строение повышенной грузоподъемности из углепластика УМК состоит из главных и поперечных балок, элементов проезжей части и горизонтальных связей, отличается тем, что главные балки таврового сечения составлены по длине из меньшего количества секций, имеющих одинаковую длину; в вертикальных стенках главных балок между вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости устроены сквозные овальные вырезы; проезжая часть состоит из поперечных тавровых балок и размещенных на них плоских продольных блоков с внутренними и наружными колесоотбоями, а также с полосами противоскольжения; горизонтальные связи из уголков, обеспечивающие продольную и поперечную жесткость пролетного строения, размещены между соседними поперечными балками и прикреплены болтами к полкам нижних поясов этих балок; трубы для опирания аппарелей на пролетное строение размещены между вертикальными ребрами жесткости с наружной стороны опорных балок концевых секций и соединены жестко с ребрами; все несущие элементы, а также связи пролетного строения изготовлены из углепластика; соединения элементов выполнены штырями и болтами.
Предлагаемая конструкция полезной модели показана на рисунках 1 и 2, где обозначено:
фиг. 1 - фасад пролетного строения (ПС); фиг. 2 - вид ПС сверху; фиг. 3 - вид сверху концевой секции и стыка концевой и типовой секций; фиг. 4 - внутренний вид главной балки концевой секции; фиг. 5 - внешний (наружный) вид главной балки концевой секции; фиг. 6 - вид торца ПС концевой секции с поперечной опорной балкой; фиг. 7 - вид сверху на поперечную опорную балку; фиг. 8 - положение блока проезжей части на поперечных балках и горизонтальных связей; поз. 1 - концевые секции; поз. 2 - типовые (промежуточные) секции; поз. 3 - вертикальные стенки главных балок; поз. 4 - продольные наружные и внутренние ребра жесткости главных балок; поз. 5 - вертикальные наружные и внутренние ребра жесткости главных балок; поз. 6 - сквозные овальные вырезы в стенках главных балок; поз. 7 - одиночная проушина; поз. 8 - двойная проушина; поз. 9 - стыковочный штырь главной балки; поз. 10 - верхний пояс главной балки; поз. 11 - продольный блок проезжей части; поз. 12 - закладной блок проезжей части; поз. 13 - колесоотбой; поз. 14 - концевая опорная балка; поз. 15 - торцевое ребро; поз. 16 - внутреннее вертикальное ребро жесткости; поз. 17 - промежуточная опорная балка проезжей части; поз. 18 - горизонтальные связи; поз. 19 - нижний пояс главных балок; поз. 20 - опорный кронштейн поперечных балок; поз. 21 - полосы противоскольжения; поз. 22 - опорные трубы блоков аппарелей; поз. 23 - опорный узел поперечной балки; поз. 24 - фиксаторы положения блоков проезжей части на поперечных балках; поз. 25 - вырезы для строповки блоков проезжей части.
Осуществление ПМ выполняется в следующей технологической последовательности.
Изготовление элементов из углепластика по рабочим чертежам производится на заводе, на котором изготавливают изделия из композитов.
На сборочно-испытательном стенде завода производят контрольную сборку пролетного строения и его испытание. Вначале собирают главные балки концевых секций из элементов 3, 4, 5, 10, 15, 16 и 19 (фиг. 1, 4, 5). После этого главные балки соединяют поперечными опорными балками 14, 17, размещая их опорные узлы 23 на опорных кронштейнах 20 (фиг. 3, 4, 6 и 7).
Затем устанавливают горизонтальные связи 18 между двумя соседними балками 14 и 17, размещая концы связей 18 на нижних поясах 19 этих балок (фиг. 3, 7 и 8). После этого на верхние пояса балок 14 и 17 концевой секции 1 укладывают продольные блоки проезжей части 11 (фиг. 3, 6, 7 и 8) и закрепляют их торцы болтами (М24 или М26) на балках 14 и 17 (фиг. 2, 6, 7 и 8).
По описанной технологии монтируют типовые секции 2.
После того, как все секции 1 и 2 смонтированы, их соединяют между собой в единую конструкцию пролетного строения. Для этого одиночные проушины 7 вводят в двойные проушины 8 и вставляют стыковочные штыри 9 (фиг. 1 и 3). Затем зазоры над стыками соседних блоков проезжей части 11 перекрывают закладными блоками проезжей части 12 (фиг. 2).
После окончания монтажных работ пролетное строение испытывают на проектную нагрузку, чтобы проверить работоспособность конструкции на грузоподъемность 80 т.
Затем пролетное строение демонтируют и отправляют на склад или на объект, где уже на строительной площадке производят рабочую сборку пролетного строения и его надвижку в пролет или установку краном, например, плавучим достаточной грузоподъемности.
Таким образом, предлагаемая ПМ обеспечивает повышение грузоподъемности ПС при снижении его веса. Снижается и коррозийность, сокращается количество сборочных элементов, снижается сила ветрового давления, а также обеспечивается возможность многократного временного использования в качестве автодорожного разборного моста.
Список использованных источников
1. Универсальные мостовые конструкции. ЦНИИ ПСК, М.; 2003.
2. Средний автодорожный разборный мост модернизированный (САРМ-М). Техническое описание и инструкция по эксплуатации. М.: Воениздат, 2002 г.
3. Технические условия проектирования военных автодорожных разборных мостов и переправ (ТУВАМ). Воениздат. М., 1974.
4. Патент на полезную модель №165497 от 3.10.2016 г.
5. Патент на полезную модель №180956 от 20.07.2018 г.
6. Материалы сайта компании ООО НПП «АпАТэК» (http://www.apatech.ru/contacts.html).