ОПОРНАЯ ЧАСТЬ МОСТА

Заявляемая полезная модель относится к области строительства, а именно, к механическим устройствам, применяемым в мостостроении. Устройство может быть применено при строительстве и реконструкции мостов и других искусственных сооружений в качестве промежуточного звена, передающего эксплуатационные нагрузки от пролетных строений к опорам. Задачей полезной модели является повышение эксплуатационных свойств и обеспечение повышенной несущей способности опорных частей.
В конструкциях опорных частей сферического типа применяются различные материалы слоев скольжения из фторопласта (политетрафторэтилена или ПТФЭ) и различных композиций из него, например, с наполнителями из металлов, графита и других материалов. Это обусловлено некоторыми специфическими полезными свойствами ПТФЭ, в том числе высокой химической стойкостью, широким температурным диапазоном использования и низким коэффициентом трения в паре с нержавеющей сталью и твердым хромом.
Однако ПТФЭ и композиты из него обладают высокой ползучестью, относительно низкой твердостью и износостойкостью, что снижает эксплуатационные характеристики, в том числе допустимые напряжения сжатия в парах скольжения опорных частей. В связи с этим, при длительной эксплуатации могут происходить нерегламентированные смещения деталей опорных частей относительно друг друга и последующие деформации конструкций моста, что требует в некоторых случаях замены опорных частей.
Известна опорная часть моста (патент РФ №99015, класс МПК E01D 19/04, дата публ. 04.03.2010 г.), содержащая нижнюю опорную плиту, выполненную в виде стакана или имеющего вогнутую сферическую поверхность балансира, и верхнюю скользящую плиту с ограничительными выступами ее перемещения и/или с выпуклой сферической поверхностью балансира, имеющую стальной полированный лист скольжения, между которыми по поверхностям скольжения размещен дискретно или непрерывно лист или слой радиационно-модифиЦированного политетрафторэтилена, предпочтительно Ф-4РМ «Форпласт», расположенный свободно или закрепленный к одной из взаимодействующих поверхностей.
Устройство такой опорной части с применением радиационно-модифицированного политетрафторэтилена позволяет значительно улучшить характеристики износостойкости и допустимые напряжения на сжатие по сравнению с обычным фторопластом.
Недостатком данного устройства является ограниченность использования таких опорных частей в конструкциях мостов, особенно с металлическими пролетными строениями, поскольку перемещение пролетного строения по верхней скользящей плите опорной части приводит к перемещению зоны приложения вертикальной нагрузки и необходимости учета изменения длины пролета для усиления конструкции пролетного строения в зоне приложения нагрузок.
Наиболее близким по технической сущности и техническому результату является устройство опорной части (патент РФ №2164271, класс МПК E01D 19/04, дата публ. 20.03.2001 г.), включающее передающие от сооружения на опору вертикальную нагрузку при плотном касании шаровой сегмент, верхнюю и нижнюю опорные плиты, взаимодействующие с возможностью обеспечения требуемого коэффициента трения поворотных и горизонтальных возвратно-поступательных, в заданных пределах и направлениях, перемещений сооружения относительно опоры при помощи ограничителей и попарно контактирующих между собой ответными сферическими и плоскими поверхностями слоев скольжения, из которых в каждой паре один выполнен металлическим, а другой с политетрафторэтиленом и гнездами с пластичным смазочным материалом, при этом шаровой сегмент и опорные плиты размещены с расположением слоев скольжения с ответными сферическими поверхностями выше слоев скольжения с ответными плоскими поверхностями, а в контактирующей паре слоев скольжения, по крайней мере один, в частности, с политетрафторэтиленом выполнен в виде напыленного до требуемой из условий эксплуатации толщины покрытия, например, не меньшей, чем сумма величин смятия от нагрузки и износа этого слоя за нормативный срок службы сооружения.
Недостатком данного устройства является применение в качестве слоя скольжения политетрафторэтилена, так как фторопласт обладает ползучестью, высокими деформациями под действием нагрузок сжатия, относительно низкой твердостью и износостойкостью, что снижает эксплуатационные характеристики, в том числе допустимые напряжения сжатия в парах скольжения опорных частей. Это связано с тем, что конструкция опорной части с расположением слоев скольжения с ответными сферическими поверхностями выше слоев скольжения с ответными плоскими поверхностями передает горизонтальные нагрузки на опору через сферическую пару скольжения, что приводит к эксцентриситету воздействия нагрузок и требует повышенной прочности на сжатие и повышенных характеристик ползучести. Недостатком данного устройства является также то, что при длительной эксплуатации из-за ползучести, повышенных деформаций под нагрузкой и низкой износостойкости ПТФЭ, могут возникнуть недопустимые перемещения элементов конструкции опорной части относительно друг друга, что потребует ее замены.
Технической задачей данной полезной модели является повышение деформационных характеристик опорных частей и увеличение несущей способности слоев скольжения, в том числе для горизонтальных нагрузок, что приводит к повышению срока службы опорных частей.
Достигается технический результат тем, что опорная часть моста содержит шаровой сегмент и опорные плиты, передающие нагрузку от сооружения на опору, при этом шаровой сегмент и опорные плиты размещены с расположением слоев скольжения с ответными сферическими поверхностями выше слоев скольжения с ответными плоскими поверхностями, а шаровой сегмент, верхняя и нижняя опорные плиты, взаимодействуют с возможностью обеспечения требуемого коэффициента трения поворотных и горизонтальных возвратно-поступательных в заданных пределах и направлениях перемещений пролетного строения относительно опоры при помощи ограничителей, выполненных в виде боковых скользящих планок, а также попарно контактирующих между собой ответными сферическими и плоскими поверхностями слоев скольжения, из которых в каждой паре, в том числе в паре - боковая скользящая планка-боковая поверхность короба, один из элементов пары скольжения выполнен металлическим, а другой выполнен с покрытием из радиационно-модифицированного политетрафторэтилена.
Как показано различными исследованиями (С.А. Хатипов, Н.А. Артамонов «Создание нового антифрикционного и уплотнительного материала на основе радиационно-модифицированного политетрафторэтилена», Российский Химический Журнал. Том LII (2008) №3, стр. 89-97; Адамов А.А. «Экспериментальное исследование механического поведения композитов на основе фторопласта, работающих при больших давлениях в тонких слоях», Материалы VII Российской научно-технической конференции «Механика микронеоднородных материалов и разрушение» г.Екатеринбург, 2012 г., электронный ресурс ИМАШ УрО РАН), радиационно-модифицированный ПТФЭ обладает почти в 2 раза большей твердостью и сопоставимым коэффициентом трения по полированной или твердохромированной стали, что определяет более высокую износостойкость по сравнению с обычным политетрафторэтиленом. Кроме этого, радиационно-модифицированный ПТФЭ обладает практически линейным термоупругим поведением. При одноосном напряженном состоянии, модифицированный фторопласт также обладает существенно меньшими, полностью необратимыми компонентами деформации (ползучестью) по сравнению с обычным ПТФЭ.
Данная полезная модель поясняется чертежом. На фиг. 1 изображена линейно-подвижная опорная часть с шаровым сегментом с расположением плоских слоев скольжения ниже слоев скольжения в сферическом шарнире. Верхняя плита 2 с шаровым стальным полированным сегментом из нержавеющей стали или с покрытием твердым хромом соединена неподвижно с пролетным строением моста 1. Сферическая часть верхней плиты 2 плотно контактирует с центральным сферическим углублением подвижной плиты 4, на которое по всей поверхности нанесено покрытие 5 из радиационно-модифицированного политетрафторэтилена. В центральной части нижней плоской поверхности подвижной плиты 4, по всей ее поверхности, с небольшим отступом от краев, выполнена прямоугольная выемка, в которую установлен плоский лист скольжения 6 из радиационно-модифицированного политетрафторэтилена, повторяющий ее геометрические размеры. Плоский лист скольжения 6 контактирует своей наружной плоской поверхностью с внутренней поверхностью короба 7 из полированной нержавеющей стали 7, закрепленным по наружным боковым и донной наружной поверхностям с внутренними поверхностями прямоугольного углубления нижней неподвижной плиты 3. На двух боковых наружных поверхностях подвижной плиты 4, в центральной части, выполнены параллельные друг другу выемки, в которые жестко установлены скользящие планки 8, плотно контактирующие, с возможностью скольжения, с внутренней боковой поверхностью стенок короба 7 из нержавеющей полированной стали. Нижняя плита 3 неподвижно встроена в бетонную опору моста 9.
Опорная часть моста работает следующим образом:
Вертикальная сила P от пролетного строения 1 через верхнюю плиту 2 и ее сферический сегмент через плотный контакт передается на покрытие 5 из радиационно-модифицированного ПТФЭ. Возникающие напряжения стесненного сжатия в покрытии 5, в том числе при наличии горизонтальной силы N, а также при повороте пролетного строения на сферическом шарнире, обеспечивают допустимые деформации в упругой области, благодаря характеристикам покрытия.
Горизонтальные перемещения пролетного строения осуществляются за счет передвижения подвижной плиты 4 путем скольжения плоского листа 6 по внутренней поверхности днища короба 7 и скользящих планок 8 по внутренней боковой поверхности короба 7, изготовленного из нержавеющей полированной стали. Боковые нагрузки от горизонтальных сил N воспринимаются как плоским листом скольжения 6, так и скользящими планками 8, выполненными из радиационно-модифицированного политетрафторэтилена, которые обеспечивают допустимые деформации конструкции в упругой области, благодаря характеристикам материала покрытия.
Использование радиационно-модифицированного ПТФЭ в парах скольжения опорных частей с расположением сферических пар скольжения выше плоских поверхностей скольжения обеспечивает не только высокие допустимые напряжения сжатия при воздействии вертикальных сил, но и возможность восприятия сферической парой скольжения существенно больших горизонтальных сил по сравнению с обычным ПТФЭ, что позволяет уменьшить размеры опорных частей и существенно увеличить срок службы пар скольжения за счет повышенной износостойкости радиационно-модифицированного ПТФЭ.