ДЕФОРМАЦИОННЫЙ ШОВ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к строительству и может быть использована при устройстве деформационных швов в дорожном покрытии разрезных пролетных строений мостов.
Аналогом является деформационный шов в дорожном настиле моста по заявке Японии №61-22685, МПК E 01 C 11/02; Е 01 Д 19/06, который имеет каркас, к которому присоединены крепежные элементы в виде швеллеров. Внутри каркаса под прямым углом к продольной оси моста вертикально размещены стальные тонкие пластины. В состоянии, когда стальные пластины под действием растягивающих сил удлинены, образованные полости между стальными пластинами заполнены упругим материалом. В отсутствие усилий упругий материал сжимается.
Крепление вертикальных пластин к швеллеру при знакопеременных крутильных напряжениях не может обеспечить длительную работу такой конструкции при низких температурах. Конструкция этого деформационного шва допускает вертикальное перемещение элементов шва при воздействии на него нагрузки, что вызывает дополнительное динамическое воздействие на окаймление шва и стыкуемые пролетные строения моста и уменьшает срок службы деформационного шва.
Известно также устройство для соединения моста по заявке Японии №54-32251, МПК E 01 C 11/12. Оно содержит неэластичные
детали, между которыми расположены эластичные элементы. В устройстве установлены жесткие горизонтальные элементы в виде пластин, перекрывающие зазор между пролетными строениями. Концы этих жестких элементов проходят в неэластичные детали с возможностью горизонтального перемещения хотя бы относительно одной из них. К жестким элементам прикреплены полые детали из жесткого материала, в которых размещен наполнитель (амортизатор) из упругого материала, соприкасающийся сверху и снизу с жестким элементом и верхней и нижней полостью полой детали. Это устройство обеспечивает ровное дорожное покрытие независимо от температурных деформаций. Но прочность и срок службы такого деформационного шва невысокие, поскольку под воздействием нагрузки возможны повреждения эластичных элементов (срез краями неэластичных элементов). К тому же такая конструкция допускает вертикальные перемещения элементов шва, тем самым вызывая длительные динамические нагрузки на элементы шва и стыкуемые пролетные строения, уменьшая тем самым прочность шва.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является деформационный шов по патенту Российской Федерации на изобретение №2119565, МПК Е 01 Д 19/06; Е 01 С 11/12; 11/02.
Первый вариант этого шва является прототипом заявляемой полезной модели по первому варианту. Он содержит неэластичные детали, жесткие горизонтальные элементы, соединенные с неэластичными деталями, и наполнитель из упругого материала, соприкасающийся сверху и снизу с жесткими элементами. Неэластичные детали выполнены в виде верхнего и двух нижних швеллеров, обрамляющих полки верхнего, при этом
стенка и полки верхнего швеллера опираются соответственно на полки и стенки нижних швеллеров. Стенка верхнего швеллера расположена заподлицо с верхней кромкой пролетных строений и перекрывает зазор между ними, а нижние швеллеры жестко закреплены в пролетных строениях. Жесткие элементы проходят через полки нижних швеллеров с возможностью горизонтального перемещения относительно их и жестко прикреплены концами к полкам верхнего швеллера. Наполнитель размещен в полостях нижних швеллеров, соприкасается с их стенками и стенкой верхнего швеллера и жестко закреплен на полках нижних швеллеров.
Второй вариант деформационного шва по патенту Российской Федерации №2119565 является прототипом заявляемой полезной модели по второму варианту. Он содержит неэластичные детали, жесткие горизонтальные элементы, соединенные с неэластичными деталями, и наполнитель из упругого материала, соприкасающийся сверху и снизу с жесткими элементами. Неэластичные детали выполнены в виде верхнего и нижнего швеллера, обрамляющего одну из полок верхнего, другая полка верхнего швеллера жестко закреплена в пролетном строении, при этом стенка и полка верхнего швеллера опираются соответственно на полку и стенку нижнего швеллера. Стенка верхнего швеллера расположена заподлицо с верхней кромкой пролетных строений и перекрывает зазор между ними, а нижний швеллер жестко закреплен в пролетном строении. Жесткие элементы проходят через полку верхнего швеллера с возможностью горизонтального перемещения относительно его и жестко прикреплены концами к полкам нижнего швеллера. Наполнитель размещен в полостях нижнего швеллера,
соприкасается с его стенками и стенкой верхнего швеллера и жестко закреплен на полках нижнего швеллера.
Этот деформационный шов по обоим вариантам исполнения обеспечивает ровность дорожного покрытия, не допускает вертикальные перемещения элементов шва, обеспечивает прочность и долговечность шва. Но он сложен в установке из-за жестких горизонтальных элементов, Монтаж этих элементов требует дополнительных трудозатрат и дополнительного времени.
Задача полезной модели состоит в том, чтобы за счет упрощения конструкции уменьшить время и трудозатраты на монтаж деформационного шва, при этом обеспечить его высокую прочность и длительный срок службы.
Задача решена следующим образом: в деформационном шве разрезных пролетных строений по первому варианту, содержащем верхний швеллер, стенка которого расположена заподлицо с верхней кромкой пролетных строений и перекрывает зазор между ними, два нижних швеллера, обрамляющих полки верхнего швеллера и жестко закрепленных в пролетных строениях, наполнитель из упругого материала, размещенный в полостях нижних швеллеров и соприкасающийся с их стенками, а также со стенкой верхнего швеллера, при этом стенка и полки верхнего швеллера опираются соответственно на полки и стенки нижних швеллеров, согласно заявляемой полезной модели и в отличие от прототипа полки каждого нижнего швеллера выполнены с загнутыми навстречу друг другу под углом 90° концами, а полки верхнего швеллера выполнены с загнутыми вовнутрь или наружу под углом 90° концами, и стенки швеллеров опираются на загнутые концы полок.
По второму варианту в деформационном шве разрезных пролетных строений автодорожного моста, содержащем два швеллера, верхний и нижний, обрамляющий одну из полок верхнего швеллера, которая опирается на стенку нижнего швеллера, а стенка верхнего швеллера опирается на одну из полок нижнего швеллера и расположена заподлицо с верхней кромкой пролетных строений, перекрывая зазор между ними, причем другая полка верхнего швеллера и стенка нижнего жестко закреплены на смежных пролетных строениях, содержащем также наполнитель из упругого материала, размещенный в полости нижнего швеллера, согласно заявляемой полезной модели и в отличие от прототипа концы полок нижнего швеллера и конец полки верхнего, опирающийся на стенку нижнего, загнуты вовнутрь швеллеров под углом 90°, а стенки швеллеров опираются на загнутые концы. Конец полки верхнего швеллера может быть загнут наружу под углом 90°.
От прототипа заявляемое решение отличается тем, что:
- концы нижних швеллеров по первому варианту загнуты под углом 90° навстречу друг другу;
- концы полок верхнего швеллера загнуты под углом 90° вовнутрь или наружу;
- по второму варианту концы полок нижнего швеллера загнуты под углом 90° вовнутрь швеллера;
- конец полки верхнего швеллера загнут под углом 90° вовнутрь или наружу;
- стенки швеллеров опираются на загнутые концы полок;
Поскольку концы полок загнуты под углом 90° и обрамляют упругий материал, а нижние швеллеры жестко закреплены в пролетных строениях моста, то при воздействии динамических
нагрузок вертикальные перемещения верхнего швеллера незначительны и носят упругий характер, что в целом обеспечивает устойчивость шва. Поэтому в отличие от прототипа нет необходимости установки жестких элементов. Таким образом, снижается время и трудозатраты на монтаж деформационного шва, и сохраняются высокие прочностные характеристики. К тому же загнутые концы полок швеллеров, опирающиеся на стенки, под действием сжимающих и растягивающих усилий, возникающих в пролетных строениях от температурного расширения материала, могут горизонтально перемещаться, чем обеспечивается прочность и длительный срок службы деформационного шва в обоих вариантах.
Оба варианта деформационного шва решают одну и ту же задачу, поставленную перед полезной моделью, одним и тем же путем: перемещение неэластичных деталей швеллеров при действии растягивающих или сжимающих усилий, приведение всех элементов шва в равновесие, достижение устойчивости за счет исключения вертикального смещения, упрощение изготовления и монтажа конструкции деформационного шва. Поэтому они (оба предложенных варианта) образуют единое целое и объединены в одну предполагаемую полезную модель.
На фиг.1 изображен общий вид деформационного шва по первому варианту с загнутыми вовнутрь концами полок верхнего швеллера, на фиг.2 - то же по второму варианту.
Деформационный шов по первому варианту содержит верхний металлический швеллер, образованный стенкой 1, вертикальными полками 2 и 3 с загнутыми концами, а также два нижних швеллера со стенками 4, 5 и соответствующими вертикальными полками 6, 7, 8, 9 с загнутыми концами. Полости
нижних швеллеров, ограниченные полками 6, 7 и стенкой 4; полками 8, 9 и стенкой 5 заполнены упругим материалом, например, резиной 10. Стенка 1 верхнего швеллера установлена заподлицо с верхней кромкой 11 пролетных строений 12, 13. Эта стенка 1 перекрывает зазор между пролетными строениями 12, 13. Стенки 4, 5 нижних швеллеров заанкерены анкерами 14, 15, которые замоноличены в бетоне. Поверхности загнутых концов полок 6, 8 совпадают с верхней кромкой 11 пролетных строений 12, 13, а вертикальные части полок 2, 3, 7, 9 выполнены одинакового размера. Высота вертикальных частей полок 7 и 9 меньше высоты вертикальных частей полок 6, 8 на толщину стенки 1, а высота вертикальных частей полок 2 и 3 меньше высоты вертикальных частей полок 6, 8 на толщину стенок 4 и 5. Поэтому верхний швеллер опирается стенкой 1 на загнутые концы полок 7, 9, а загнутыми концами полок 2, 3 на стенки 4, 5 нижних швеллеров. Для уменьшения расхода эластичного материала 10 в нем могут быть выполнены компенсационные отверстия 16.
Деформационный шов по второму варианту содержит верхний металлический швеллер, образованный стенкой 17, вертикальными полками 18 (с загнутым концом) и 19, а также один нижний швеллер со стенкой 20, вертикальными полками 21, 22 с загнутыми вовнутрь концами. Полость нижнего швеллера, ограниченная полками 21, 22 и стенкой 20 заполнена упругим материалом, например, резиной 24. Стенка 17 верхнего швеллера установлена заподлицо с верхней кромкой 25 пролетных строений 26, 27 и перекрывает зазор между ними. Стенка 20 нижнего швеллера жестко прикреплена к анкеру 28, который замоноличен в бетоне. Поверхность загнутого конца полки 21 нижнего швеллера совпадает с верхней кромкой 25 пролетных строений
26, 27. Вертикальные полки 18, 22 выполнены одинакового размера, их высота меньше высоты полки 21 на толщину стенок 20 и 17 соответственно. Верхний швеллер опирается стенкой 17 на загнутый конец полки 22, а загнутым концом полки 18 на стенку 20 нижнего швеллера. К полке 19 верхнего швеллера приварен уголок 23, который закреплен в пролетном строении 27 посредством анкера 29, замоноличенного в бетоне. Этим обеспечивается жесткое закрепление на пролетном строении 27 стенки 17 верхнего швеллера. У полки 19 верхнего швеллера отсутствует загнутый конец, и она равна по длине вертикальной полке уголка 23. Для уменьшения расхода эластичного материала 24 в нем могут быть выполнены компенсационные отверстия 30.
Концы полок верхнего швеллера могут быть загнуты под углом 90° как вовнутрь швеллера (фиг.1), так и наружу (на чертеже не показано), что одинаково обеспечивает устойчивость шва. Неэластичные элементы могут быть изготовлены двумя способами: к полкам швеллера могут быть приварены дополнительные горизонтальные полки, но это затруднительно с точки зрения наложения внутреннего сварного шва (шов не виден, трудно контролировать провар шва), поэтому предпочтителен второй способ - к стенке привариваются два неравностенных уголка. Изготовление и монтаж деформационного шва гораздо проще, чем в прототипе, при этом обеспечиваются все необходимые условия: ровность дорожного покрытия, прочность деформационного шва, длительный срок службы устройства.
Шов работает следующим образом. По первому варианту исполнения при понижении температуры окружающей среды увеличивается зазор между пролетными строениями 12 и 13. Вместе с пролетными строениями 12, 13 перемещаются нижние
швеллеры, а верхний швеллер скользит стенкой 1 по загнутым концам полок 7, 9, и загнутыми концами полок 6, 8 по стенкам 4, 5. При этом нижние швеллеры, перемещаясь с пролетными строениями 12, 13, создают сжимающие напряжения в эластичном материале 10 между полками швеллеров 2, 7 и 9, 3, а между полками 6, 2 и 3, 8 эластичный материал возвращается в положение равновесия. Компенсационные отверстия 16, выполненные между полками 2, 7 и 9, 3 уменьшаются, а между полками 6, 2 и 3, 8 увеличиваются. Поскольку верхняя стенка швеллера 1 перекрывает зазор, а вся система находится в равновесии, трещин в зоне шва образовываться не может, к тому же обеспечена ровность дорожного покрытия. При повышении температуры окружающей среды происходит обратный процесс: зазор между пролетными строениями 12, 13 уменьшается, вместе с пролетными строениями перемещаются нижние швеллеры, а верхний швеллер перемещается в новое положение равновесия, скользя стенкой 1 по загнутым концам полок 7, 9, и загнутыми концами полок 2, 3 по стенкам 4, 5. При этом между полками 6, 2 и 3, 8 эластичный материал 10 сжимается, а между полками 2, 7 и 9, 3 возвращается в состояние равновесия. Соответственно растягиваются и сжимаются компенсационные отверстия 16. Возникающие растягивающие и сжимающие напряжения компенсируют друг друга. Система находится в равновесном состоянии при изменении температуры окружающей среды.
По второму варианту исполнения при понижении температуры окружающей среды увеличивается зазор между пролетными строениями 26 и 27. Нижний швеллер, перемещается вместе с пролетным строением 26, а верхний швеллер скользит стенкой 17 по загнутому концу полки 22, а загнутым концом полки
18 по стенке 20, стремясь занять новое положение равновесия. При этом нижний швеллер, перемещаясь с пролетным строением 26, создает сжимающее напряжение в эластичном материале 24 между полками швеллеров 18 и 22. Компенсационные отверстия 30, выполненные между этими полками, уменьшаются при сжатии эластичного материала 24. Между полками 21 и 18 эластичный материал 24 возвращается в положение равновесия, и компенсационные отверстия 30 увеличиваются. Поскольку верхняя стенка швеллера 17 перекрывает зазор, а вся система находится в равновесии, трещин в зоне шва образовываться не может, к тому же обеспечена ровность дорожного покрытия. При повышении температуры окружающей среды происходит обратный процесс: зазор между пролетными строениями 26, 27 уменьшается, вместе с пролетным строением 26 перемещается нижний швеллер, а верхний швеллер перемещается в новое положение равновесия, скользя стенкой 17 по загнутому концу полки 22, и загнутым концом полки 18 по стенке 20. При этом между полками 18 и 22 эластичный материал 24 возвращается в положение равновесия, а между полками 21 и 18 - сжимается. Соответственно растягиваются и сжимаются компенсационные отверстия 30. Возникающие растягивающие и сжимающие напряжения компенсируют друг друга. Система находится в равновесном состоянии при изменении температуры окружающей среды.