БЕЗОСАДОЧНОЕ ЗВЕНО НАПЛАВНОГО МОСТА

Полезная модель относится к мостостроению, а более точно к конструкциям наплавных мостов, дебаркадеров и причальных пирсов.
Известны наплавные мосты и понтонные переправы, включающие в себя плавучие опоры, якорные устройства для их закрепления в нужном месте акватории, и укрепленный на плавучих опорах транспортный настил. [Б.Н.Корчемкин, Военные наплавные мосты. Воениздат, М, 1940 г.;. Н.Г.Давыдов, Понтонные мосты и переправы. МАДИ, М, 1995 г.; В.И.Теплов, Наплавные мосты и паромные переправы. Изд. Маршрут, М, 2004 г.].
Общими элементами всех известных конструкций наплавных мостов и понтонных переправ являются плавучие опоры, соединенные тросами с якорными устройствами, размещаемыми обычно на дне водоемов и рек, а в некоторых случаях (скальное или илистое дно и т.п.) - на берегах водоема [E01D, 19d, №88745 от 02.07.49 г.]. Плавучие опоры, якоря с системой тросов и расположенный на опорах транспортный настил образуют звенья наплавного моста, соединение которых образуют сам мост.
Общим недостатком известных звеньев наплавных мостов является дополнительная осадка, возникающая при наличии полезной нагрузки. Осадка как технический параметр присутствует во всех технических данных проектируемых и промышленно выпускаемых наплавных мостов и понтонных переправ, в которых использованы плавучие опоры известных конструкций [см. например: Наплавной автомобильно-пешеходный мост. Интернет сайт Вологодского завода речного машиностроения. 2008 г.]
Рассмотрим влияние дополнительной осадки Δh на некоторые эксплуатационные характеристики несущего наплавного звена на примере плавучей опоры с вертикальным бортом (наиболее применяемый вариант):.
Пусть Δh=h-h°,
пред
допус
допус
допус
где h°=М/ρS - начальная осадка плавучей опоры под тяжестью собственной конструкции массой М (Фиг.1a), h=(M+m)/ρS - осадка при наличии полезной нагрузки массой m (Фиг.1б) Здесь ρ - плотность воды, S - площадь горизонтального сечения погруженной части плавучей опоры с вертикальными бортами высотой Н. Тогда предельная несущая способность плавучей опоры звена, при опусканием верхнего уровня борта опоры до уровня воды, будет равна m=(H-h°)ρS, однако из-за ограничений на разновысотность Δh, возникающую между нагруженной и ненагруженной плавучей опорами, полная несущая способность не может быть использована, т.к. если осадку от полезной нагрузки ограничить величиной Δh=h-h°, то допустимая полезная нагрузка снижается до величины m=ΔAhρS.
Например, в технических данных понтонов (плавучих опор) Вологодского завода речного машиностроения высота борта Н=1,4 метра, осадка без нагрузки h°=0,37 метра, осадка с нагрузкой h=0,6 метра, следовательно H-h°=1,03 метра, а h-h°=0,23 метра, т.е. полная несущая способность может быть в 4,5 раза выше, чем используется фактически, из-за ограничений по осадке.
Отрицательное влияние дополнительной осадки Δh проявляется еще и в уменьшении расстояния между плавучей опорой и дном водоема, что влечет полное ослабление изначально натянутых якорных тросов, а это, в свою очередь, при наличии ветра или течения приводит к горизонтальным смещениям звена а. (см. Фиг.2). Возникающая из-за дополнительной осадки разновысотность смежных звеньев и горизонтальные смещения приводят к изломам и наклонам участков транспортного трека, что требует снижения скорости транспорта и следовательно, уменьшает пропускную способность наплавного моста.
Известны попытки компенсировать вертикальное смещение транспортного настила при осадке плавучей опоры путем введения в конструкцию понтона системы домкратов между транспортным настилом и плавучей опорой. [19 d6, 29.05.1942 г. Понтонный мост]. Предполагалось, что гидравлические домкраты должны изменять расстояние между транспортным настилом и плавучей опорой в зависимости от степени ее погружения, с тем, чтобы обеспечить постоянную высоту транспортного настила над уровнем воды. Однако быстродействие домкратов любого типа явно недостаточно для того, чтобы отследить осадку плавучих опор при быстро передвигающемся транспорте.
Аналогичная по назначению и техническому решению конструкция предложена в Е01D15/14, АС СССР №433265 03.08.1971 г. Устройство для автоматического поддержания проезжей части моста на постоянной высоте от уровня воды. Как и в предыдущем аналоге, низкое быстродействие гидравлических цилиндров с поршнями не может обеспечить компенсацию осадки при быстром движении транспорта. К тому же эти решения не устраняют изменения расстояния между плавучей опорой и донными якорями, что приводит к горизонтальным смещениям звеньев моста. Видимо, поэтому такие предложения не нашли применения в конструкциях наплавных мостов.
Целями заявляемой полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик наплавных мостов, в частности увеличение их несущей способности и увеличение пропускной способности за счет устранение осадки под действием полезной нагрузки, приводящей к вертикальным и горизонтальным перемещениям транспортного настила.
Эти цели достигаются особенностью конструкции звена наплавного моста (Фиг.3), включающего в себя плавучую опору 1, систему якорей 2 с якорными тросами 3, натяжные лебедки 4 с приводом и надстройку с транспортным пролетом 5.
Отличие от известных конструкций звеньев наплавных мостов заключается в том, что в исходно ненагруженном состоянии плавучая опора 1 с помощью лебедок 4 с реверсивным приводом и якорных тросов 3 притягивается к якорям 2 так, что плавучая опора 1 полностью погружена в воду на всю высоту ее борта. При этом исходное суммарное натяжение тросов оказывается равным полной несущей способности плавучей опоры ненагруженного звена.
пред
При появлении полезной нагрузки в зависимости от ее величины происходит лишь частичное ослабление натяжения тросов при сохранении их в натянутом состоянии. Тросы остаются натянутыми вплоть до предельной нагрузки, равной m=(H-h°)ρS,. При этом осадка практически отсутствует, она возможна лишь в пределах упругой деформации тросов, что не превышает единиц сантиметров. Сохраняется как постоянная высота транспортного настила над уровнем воды так и неизменное расстояние между плавучей опорой и донными якорями.
пред
Принцип устройства наплавного моста с притопленными звеньями предложенной конструкции был проверен на натурном макете. Эксперименты показали, что при нагружении звена на m=0,95m никакой осадки не наблюдалось, тогда как при традиционной фиксации плавучей опоры звена без ее притапливания такая нагрузка приводила к потере устойчивости вплоть до его опрокидывания.
Для удержания верхнего края плавучей опоры звена вблизи поверхности воды при возможных изменениях уровня акватории за счет климатических (наводнения) или техногенных (регулирование сброса воды плотинами) факторах, в конструкции звена предусмотрен контроллер, выдающий сигнал на реверсивный привод лебедок при изменении уровня воды, обеспечивая заданный уровень погружения опоры.