ДЕФОРМАЦИОННЫЙ ШОВ АВТОДОРОЖНОГО МОСТА

Деформационный шов автодорожного моста
Полезная модель относится к деталям, элементам конструкции автодорожных мостов, точнее к деформационным швам, устанавливаемым в полотне автодорожных мостов.
В настоящем описании будут использованы следующие термины:
- компенсатор - упругая вставка между несущими элементами, обрамляющими деформационный шов и предназначенная для предотвращения попадания воды и мусора в мостовые конструкции и под мост. По сути она ничего не компенсирует, но это название устойчиво закрепилось в уровне техники;
- несущие элементы - металлические прямолинейные или волнистые профили, окаймляющие деформационный шов и воспринимающие нагрузки от транспорта. Имеют продольные пазы для размещения краев компенсатора, скреплены с анкерными элементами для соединения с бетонным массивом моста.
Известен ряд конструкций деформационных швов, включающих параллельные металлические несущие элементы с обращенными навстречу друг к другу пазами, образованными горизонтальными выступами, и ленточный компенсатор из упругого материала, состоящий из центральной части и краевых участков, имеющих выступы и заклиненных в пазах несущих элементов (см. патенты №№ DE 10108907, ЕР 0054747, ЕР 2322719, ЕР 0839959, RU 165591, RU 2166577, а также книгу А.В. Ефанова и др. «Деформационные швы автодорожных мостов: Особенности конструкции и работы. Учебное пособие, Саратовский государственный технический университет, 2005, параграф 7.2.4).
В течение зимнего периода, когда дороги посыпают песком, в углубление компенсатора попадают зерна щебня, неизбежно встречающиеся в песке. Часть из них выносится колесами автотранспорта, но некоторые застревают. В начале теплого сезона нагреваемый мост начинает удлиняться, края несущих элементов сближаются и застрявшие зерна щебня прокалывают компенсатор, который перестает преграждать воде путь в подмостное пространство. В центральной Европе с мягкими зимами песок для предотвращения гололеда используется редко и вероятность повреждения компенсатора сравнительно невелика. В Европейской части России песок используется в течение почти полугода и далеко не всегда он свободен от камней и щебня. Частое чередование оттепелей и морозов приводит к накоплению льда в компенсаторе, преграждающем отток воды к его концам. Уровень воды поднимается и она поступает в отверстия, пробитые даже сравнительно высоко.
Известен деформационный шов автодорожного моста, включающий параллельные металлические несущие элементы с обращенными навстречу друг к другу пазами и ленточный компенсатор из упругого материала, состоящий из центральной части и краевых участков, имеющих выступы и заклиненных в пазах несущих элементов, в котором для устранения вышеописанного недостатка под компенсатором установлен дополнительный герметизирующий элемент из упругого материала (патент DE 3219136). Компенсатор предотвращает попадание внутрь моста механических загрязнений, а защищенный от мусора дополнительный герметизирующий элемент в случае нарушения герметичности компенсатора преграждает путь воде, то есть функции защиты от мусора и от воды в этом шве разделены между пространственно разделенными элементами.
Недостатками известного шва являются чрезмерная высота, избыточная масса несущих элементов и конструктивная сложность, связанная с наличием дополнительного герметизирующего элемента. Пространство между ним и компенсатором плохо проветривается, что ускоряет коррозию несущих элементов.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является деформационный шов автодорожного моста, включающий металлические несущие элементы с обращенными навстречу друг к другу пазами и ленточный компенсатор из упругого материала, состоящий из центральной части и краев, имеющих выступы и заклиненных в пазах несущих элементов, выполненный в виде двух полотен, соединенных между собой по краям (№ CN 107268433 А). Его недостатком являются недостаточная надежность из-за частых потерь герметичности вызванных сквозными проколами и пробоями щебнем и камешками, попадающими в шов преимущественно в зимний период.
Целью настоящей полезной модели является повышение надежности деформационного шва, точнее, увеличение ресурса компенсатора, в течение которого он сохраняет свою герметичность.
Технический результат от использования предложенной полезной модели состоит в повышении надежности, точнее, ресурса, деформационного шва.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном деформационном шве автодорожного моста, включающем металлические несущие элементы с обращенными навстречу друг к другу пазами и ленточный компенсатор из упругого материала, состоящий из центральной части и краев, имеющих выступы и заклиненных в пазах несущих элементов, выполненный из верхнего и нижнего полотен, соединенных между собой по краям, полотна дополнительно герметично соединены между собой по полосе вдоль середины центральной части компенсатора.
Кроме того, отношение толщины нижнего полотна к толщине верхнего лежит в пределах от 0,1 до 0,5.
Кроме того, несущие элементы выполнены цельнокатаными со скругленными стенками пазов.
Благодаря герметичному соединению полотен между собой по полосе вдоль середины центральной части компенсатора, повышается ресурс деформационного шва за счет увеличения прочности компенсатора в его наиболее уязвимой нижней части.
Кроме того, ресурс шва повышается благодаря дополнительному герметичному соединению полотен компенсатора между собой по полосе вдоль середины центральной части, что ограничивает количества воды и грязи, поступающих в нижнюю часть пространства между полотнами в случае повреждения одной из половин верхнего полотна. Это важно в холодное время года, поскольку образование льда в большом объеме может разрушить компенсатор.
Благодаря тому, что отношение толщины нижнего полотна к толщине верхнего лежит в пределах от 0,1 до 0,5, повышается ресурс деформационного шва. При отношении менее 0,1 ресурс шва снижается из-за ухудшения прочности нижнего полотна, а при отношении свыше 0,5 он снижается из-за ухудшения прочности верхнего полотна.
Существо полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показано поперечное сечение предложенного шва в зимний период, когда расстояние между несущими элементами максимально.
На фиг. 2 показан предложенный шов в двухзазорном исполнении с промежуточным несущим элементом.
На фиг. 3 представлено поперечное сечение ленточного компенсатора в состоянии поставки в исполнении с полотнами, соединенными только по краям.
На фиг. 4 представлено поперечное сечение ленточного компенсатора в состоянии поставки в исполнении с полотнами, герметично соединенными между собой по полосе
вдоль середины центральной части компенсатора так, что оба полотна образуют единое целое.
На фиг. 5 показано поперечное сечение предложенного шва в момент, когда сдвигающиеся несущие элементы начали сжимать камень между нижними горизонтальными выступами.
Предложенный деформационный шов (фиг. 1) состоит из расположенных друг напротив друга несущих элементов 1 и 2, состоящих из вертикальной части 3, имеющей два горизонтальных выступа 4 и 5. Пространство между выступами 4 и 5 далее будет называться пазом. Обычно один из выступов имеет Г-образную форму с концом 6, обращенным в сторону паза. На чертежах изображен вариант исполнения несущего элемента, у которого Г-образную форму имеет верхний выступ 4.
Предложенный деформационный шов может иметь двух- или многозазорное исполнение, то есть содержать не два, а более несущих элемента и, соответственно, не один, а два и более компенсатора. Пример двухзазорного исполнения с промежуточным несущим элементом 7 представлен на фиг. 2 в уменьшенном по сравнению с фиг. 1 масштабе.
Помимо показанных на чертежах, несущие элементы содержат также не показанные на чертежах вспомогательные компоненты для скрепления с бетонным полотном моста: косынки, арматурные прутья, изогнутые различным образом. Верхняя часть несущих элементов 1 и 2 совпадает по уровню с асфальтобетонным покрытием моста.
Компенсатор 8 (фиг. 3 и 4) предложенного шва в состоянии поставки имеет вид ленты сложного поперечного сечения. Лента состоит из двух полотен: верхнего 9 и нижнего 10, каждый из которых имеет по краям обращенные кверху выступы 11 и 12, способствующие заклиниванию полотен в пазах несущих элементов 1 и 2. Края полотен 9 и 10 соединены неразъемным образом, в частности, оба полотна могут быть отлиты или экструдированы как единое целое с образованием воздушной полости 13 между ними. Середина верхнего полотна 9 может быть соединена с серединой нижнего полотна 10 (фиг. 4), по полосе 14 вдоль центральной части ленты компенсатора с образованием в этом случае двух воздушных полостей 13а и 13б.
Компенсатор изготовлен из упругого материала, в качестве которого может быть использована резиновая смесь, либо полимерная композиция, обладающие высокой прочностью, упругостью, морозостойкостью и стойкостью к воздействию атмосферных факторов, нефтепродуктов и антигололедных реагентов. Технологически целесообразно изготавливать ленту компенсатора высокопроизводительным методом экструзии как единое целое (фиг. 4). При использовании этого метода стоимость изготовления преимущественно определяется расходом материала и почти не зависит от сложности формы поперечного сечения компенсатора.
Ширина полотна 10 может быть равна ширине полотна 9 (фиг. 4), а может быть несколько больше (фиг. 3). Поскольку в ходе эксплуатации шва полотно 10 почти не подвергается механическим воздействиям, его толщина между внутренними выступами 12 может быть меньше толщины полотна 9. Оптимально когда толщина полотна 10 между выступами 12 составляет (0,1…0,5) толщины полотна 9.
В рабочем положении края компенсатора сближаются, а середина центральной части опускается книзу, отчего компенсатор приобретает клинообразную форму (фиг. 1).
Предложенный деформационный шов работает следующим образом.
При сближении опорных элементов 1 и 2 вследствие расширения моста от нагрева, камешек или зерно щебня 15, оказавшийся между выступами 5 (фиг. 5), начинает врезаться в компенсатор 8 и, если его края достаточно остры, прокалывает ее. Прокол происходит в верхней части обращенного книзу клиновидного выступа компенсатора. При этом нижнее полотно 10, защищенное выступами 12 не повреждается. Если камешек проваливается ниже плоскости расположения выступов 5, то при сближении выступов он не прокалывает полотна 9 и 10, а только растягивает их. Казалось бы, вода, стекающая по компенсатору как по желобу к концам шва, не может подняться к месту прокола. Однако, очищение шва колесами автотранспорта происходит, как правило, только в средней части шва. Его крайние участки, примыкающие к тротуарам, обычно оказываются запруженными мусором или льдом, образующимся при оттайке и последующем замерзании снега. Вследствие этого уровень воды поднимается и достигает пробитого отверстия. Однако оставшееся неповрежденным полотно 10 не позволяет воде проникнуть в конструкции моста и подмостное пространство.
Использование предложенной полезной модели увеличивает такой показатель надежности, как срок безотказной работы деформационного шва, в среднем в два раза. Еще больше он увеличивается в случае, когда полотно 10 соединено с серединой полотна 9, поскольку в случае повреждений полотна 9 и полотна 10, происходящих с разных сторон, герметичность шва не нарушается.