Стальное пролетное строение моста с ортотропной плитой, усиленной монолитным железобетоном
STEEL SUPERSTRUCTURE OF THE BRIDGE WITH AN ORTHOTROPIC SLAB REINFORCED WITH MONOLITHIC REINFORCED CONCRETE

Изобретение относится к мостостроению и может быть использовано в металлических пролетных строениях мостов с продольно члененной на блоки ортотропной плитой проезжей части.
Известно металлическое ярусное пролетное строение моста, включающее главные балки и продольно члененную на блоки ортотропную плиту проезжей части в виде листа с набором продольных ребер и поперечных балок, расположенных над главными балками и соединенную с ними посредством непрерывных продольных объединительных диафрагм [Авторское свидетельство на изобретение SU 13251222 A11987 Металлическое ярусное пролетное строение моста/Данков В.А.,Тарнаруцкий В.А.,Стрелецкий Н.Н.// МПК: Е 01 D 1/00, заявл. 28.03.86, опубл. 23.07.87.].
Недостатком известного пролетного строения моста является большая трудоемкость на монтаже, вызванная необходимостью оформлять большое количество поперечных стыков между монтажными марками блоков.
Более совершенными  конструкциями стальных пролетных строений  являются пролетные строения «Комплекса унифицированных элементов и блоков стальных автодорожных пролетных строений с ортотропной плитой пролетами 42…147 м (комплекс 585РП)» [Богданов Г.И., Владимирский С.Р., Козьмин Ю.Г, Кондратов В.В. Проектирование мостов и труб. Металлические мосты: Учебник для вузов ж.-д. транспорта /Под редакцией Ю. Г. Козьмина. – М.: Маршрут, 2005. – с. 97-144].
Современное направление в строительстве металлических мостов характеризуется стремлением к экономии металла и снижению трудозатрат при изготовлении и монтаже пролетных строений путем использования сталей повышенной прочности, применения сварных конструкций, эффективных типов монтажных соединений, внедрения прогрессивных конструкций и гибких технологий.
Выполнение ортотропной плитой функции несущего настила проезжей части пролетного строения предъявляет определенные требования к конструктивным решениям главных балок пролетных строений.
Передача временной нагрузки с проезжей части, а также ее собственного веса на главные балки осуществляется поперечными балками ортотропной плиты с шагом вдоль оси моста  2 - 4 м. В этих условиях нашли применение сплошностенчатые главные балки  с достаточно жесткими  поясами, способными воспринимать изгибающие моменты от внеузловых прикреплений поперечных ребер.  В разрезных пролетных строениях пролетом 42 и 63 м применяют  двутавровые главные балки. Такое же  сечение с более развитым нижним поясом  применяют и в неразрезных пролетных строениях пролетом пролетом до 126 м. При пролетах длиной 105 м и более наиболее эффективным считается коробчатое сечение с нижней ребристой плитой.
В представленных конструкциях дорожная одежда укладывается на ортотропную плиту, которая деформируется под действием колесной нагрузки и оказывает разрушающее влияние на работу одежды. Анализ опыта эксплуатации дорожной одежды на внеклассных зарубежных мостах показал, что на мостах с гибкой ортотропной плитой дорожная одежда находится в плохом состоянии и подлежит замене, либо заменена. [Овчинников И. Г., Овчинников И.И. Дорожная одежда на мостовых сооружениях: отечественный  и зарубежный опыт. Интернет-журнал «Науковедение». Выпуск 5(24), сентбрь-октябрь 2011.-30с.] Из работы известно, что срок службы дорожной одежды на металлических мостах с ортотропной плитой составляет всего 3-5 лет,  (в разы меньше предполагаемого (до15 лет) срока службы.
Появление трещин в дорожной одежде обычно наступает уже после первого года эксплуатации моста. Для предотвращения их бразования требуется увеличение толщины стального покрывочного листа  до 16 мм и более, уменьшения шага поперечных балок и увеличение толщины дорожной одежды  до 120 мм.
Из известных технических решений наиболее близким по технической                          сущности к заявляемому объекту является проект 378-КМ Ленгипротрансмоста «Стальные пролетные строения с ортотропной проезжей частью для автодорожных мостов в северных и труднодоступных районах Западной Сибири» - Ленинград, 1981 г.», содержащий монтажные блоки главных балок двутаврового сечения длиной 10,5 м. По верху главных балок расположена включенная в совместную работу стальная ортотропная плита проезжей части в виде покрывающего листа толщиной 12 мм, подкрепленного продольными ребрами сечением 180x14 мм и поперечными балками. Все монтажные соединения запроектированы на высокопрочных болтах. Одежда мостового полотна по ортотропной плите (вариант-2) представлена в виде железобетонной плиты толщиной 12 см из монолитного бетона  марки 400. Железобетонная плита как элемент проезжей части работает совместно с ортотропной плитой на местный изгиб. Связь железобетонной плиты с ортотропной плитой запроектирована в виде гибких упоров, привариваемых к специальным подкладкам, которые в свою очередь закреплены к стальному листу ортотропной плиты высокопрочными болтами.
В данной конструкции железобетонная плита, устроенная на ортотропной плите повышает поперечную жесткость проезжей части, уменьшает деформативность покрывающего листа и позволяет снизить его толщину  до 12 мм. Недостатками данного устройства являются: 1) - применение железобетонной плиты в качестве основного покрытия  мостового полотна  не обеспечивает надежность  и долговечность покрытия; 2) - антикоррозийная обмазка покрывающего листа лишает связей сцепления железобетонной и ортотропной плит, а совместная работа их на поперечный изгиб не обеспечена  связями сдвига в виде редко размещенных по покрывающему листу гибких упоров; 3) - железобетонная плита для совместной работы с главными балками не имеет обозначенных связей; 4) – монтажные соединения на высокопрочных болтах существенно увеличивают трудозатраты на изготовление и монтаж пролетного строения.
Задачей изобретения является, снижения материалоемкости и трудоемкости изготовления и монтажа стальных пролетных строений мостов с ортотропной плитой, повышение долговечности и эксплуатационной надежности проезжей части мостов с продольно члененной на блоки ортотропной плитой.
Указанный технический результат достигается тем, что стальное пролетное строение, включающее главные балки и продольно члененную на блоки ортотропную плиту проезжей части, выполненную в виде покрывающего листа с набором продольных и поперечных ребер (балок) и соединенную с ними сваркой продольных кромок покрывающего листа    и  поперечных между блоками плит  с предварительным прикреплением  поперечных ребер  к ребрам жесткости вертикальных стенок главных балок высокопрочными болтами отличается тем, что продольные ребра ортотропных плит закреплены  на верхней поверхности покрывающего листа, снабжены отверстиями  в листах для установки гибких стержневых упоров и арматуры; сверху покрывающего листа   ортотропной плиты заподлицо с продольными ребрами устроена железобетонная плита из монолитного железобетона толщиной не менее 12 см, включающая продольные ребра ортотропной плиты, стержневые упоры и верхнюю арматуру плиты с устройством поверху ее уменьшенного до 80 мм дорожного покрытия с устройством поперечного уклона 0,2% за счет переломов в  продольных стыках ортотропных плит, тротуаров, водоотводных сооружений, мостовых и перильных ограждений.
Ряд указанных отличий являются существенными:
1. По признаку компоновки блоков ортотропной плиты аналог и прототип содержат покрывающий лист с известным набором  продольных и поперечных ребер (балок), соединенных с ними сваркой продольных кромок продольных   и  поперечных ребер с предварительным прикреплением  поперечных ребер  к ребрам жесткости вертикальных стенок главных балок высокопрочными болтами, отличающихся друг от друга типом монтажных соединений между собой и с главными балками: в первом случае все соединения выполнены сварными, во втором - на высокопрочных болтах. В отличие от аналога и  прототипа продольные ребра ортотропных плит предлагаемого устройства предварительно снабжены отверстиями для размещения в них горизонтальных стержневых упоров и закреплены сваркой  кромок сверху покрывающего листа, а поперечные ребра (балки) - снизу покрывающего листа без устройства сквозных пересечений между ними с фигурными вырезами в стенках поперечных ребер и полным проваром швов сопряжения, как это принято в известных решениях;
2. По признаку обеспечения необходимой жесткости ортотропной плиты на поперечный изгиб в  в решении-аналоге предусмотрено увеличение толщины покрывающего стального листа, уменьшение расстояния между продольными ребрами, что связано с увеличением металлоемкости плиты; в конструкции-прототипе сверху покрывающего листа   устроена железобетонная плита из монолитного железобетона толщиной не менее 12см., включенная в совместную  работу  с покрывающим листом на поперечный изгиб посредством гибких отгибов, закрепленных сваркой к стальным пластинам, закрепленным к покрывочному листу высокопрочными болтами, служащая одновременно дорожным покрытием ортотропной плиты без защитного асфальтобетонного покрытия, при этом антикоррозийное покрытие поверхности покрывочного листа нарушает связи сцепления стального листа и железобетонной плиты покрытия в совместной их работе. В отличие от аналога и  прототипа заявляемое решение содержит уложенную сверху заподлицо с продольными ребрами покрывающего листа   ортотропной плиты железобетонную плиту из монолитного железобетона толщиной не менее 12см, включающую листовое армирование (покрывающий лист и продольные ребра ортотропной плиты), стержневые упоры с устройством поверху ее уменьшенного до 80 мм дорожного покрытия.
3. По признаку  обеспечения совместной работы железобетонной плиты с ортотропной плитой известно, что совместная работа железобетонной плиты покрытия ортотропной плиты  с главными балками конструкции-прототипа конструктивно не обеспечена; в то время, как в предлагаемой конструкции использование продольных ребер ортотропной плиты предлагаемой конструкции, размещенных сверху покрывающего  листа в качестве жестких упоров совместно с горизонтальными стержнями-упорами обеспечивают совместную работу усиленной монолитным железобетоном ортотропной плиты с главными балками.
4. По признаку снижения материалоемкости обеспечение совместной работы ортотропной плиты и монолитной железобетонной плиты усиления приводит к уменьшению толщины покрывающего листа и сечений продольных ребер и поперечных балок, к снижению материалоемкости главных балок и всего пролетного строения в целом.
5. По признаку снижения трудоемкости  изготовления и монтажа пролетных строений размещение продольных ребер сверху покрыващего листа и исключение из конструкции ортотропной плиты сквозных пересечений продольных ребер с поперечными ребрами (балками) с устройством фигурных вырезов в стенках поперечных ребер и полным проваром швов сопряжения существенно снижают трудозатраты заводского изготовления блоков плит и на монтаже.
Снижение деформативности и трещиностойкости ортотропной плиты проезжей части существующих стальных пролетных строений с ортотропной плитой достигнуто за счет усиления ее железобетонной плитой с образованием жесткого сталежелезобетонного элемента проезжей части с листовым армированием, в составе которого покрывающий лист и продольные ребра выполняют роль листовой арматуры, что позволит  повысить эксплуатационную надежность  проезжей части и увеличить срок службы заявляемых пролетных строений.
Таким образом, заявляемое устройство стального пролетного строения моста с ортотропной плитой, усиленной монолитным железобетоном, обладает совокупностью признаков, отличающих его от прототипа и известных решений, и позволяет достичь снижения материалоемкости и трудоемкости изготовления и монтажа стальных пролетных строений мостов с ортотропной плитой, повышения долговечности и эксплуатационной надежности проезжей части мостов с продольно члененной на блоки ортотропной плитой.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и пролагаемыми к нему чертежами, где на фиг. 1 показана конструкция стального пролетного строения с двутавровыми главными балками и ортотропной плитой, усиленной монолитным железобетоном; на фиг. 2 – конструкция ортотропной плиты и дорожного покрытия   (узел А  на фиг. 1) и вид узла А по Б-Б.
Стальное пролетное строение (фиг. 1) включает главные балки 1, поперечные связи 2 и члененную на блоки ортотропную плиту 3, выполненную в виде покрывающего листа 4 с набором продольных 5 и поперечных ребер (балок) 6, соединенную с ними сваркой продольных кромок 7 покрывающего листа 4   и  поперечных между блоками плит 3 с предварительным прикреплением  поперечных ребер 6 к ребрам жесткости 8  вертикальных стенок главных балок  1 высокопрочными болтами 9, при этом  продольные ребра 5 ортотропных плит 3 закреплены на верхней поверхности покрывающего листа 4, снабжены отверстиями 10  в стенках ребер 5 для установки горизонтальных стержневых упоров 11;  сверху покрывающего листа 4  ортотропной плиты  3, заподлицо с верхом продольных ребер 5 устроена железобетонная плита 12 из монолитного  бетона толщиной не менее 12 см, включающая листовое армирование (покрывающий лист 4 и продольные ребра 5 ортотропной плиты 3), стержневые упоры в виде арматурных стержней, установленных в отверстиях продольных ребер 5 ортотропной плиты 3 с устройством поверху плиты дорожного покрытия толщиной до 80 мм.
В составе пролетного строения ортотропная плита, усиленная монолитным железобетоном с включением в совместную работу покрывающего листа, продольных ребер с гибкими стержневыми упорами из арматурных стержней, работает в поперечном направлении под воздействием временной нагрузки  как сталежелезобетонная плита с листовым армированием повышенной жесткости, что устраняет трещинообразование ее и устроенного сверху асфальтобетонного покрытия, причем включение железобетонной плиты в совместную работу с ортотропной плитой и главными балками в продольном направлении обеспечивает положительное изменение напряженно-деформированного состояния пролетного строения, его параметров, связанных со снижением материалоемкости конструкции.