СБОРНО-РАЗБОРНЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МОСТ
COLLAPSIBLE UNIVERSAL BRIDGE

Изобретение относится к области мостостроения и может быть использовано при возведении быстро устанавливаемых универсальных мостов различной длины, грузоподъемности и функциональности, что часто требуется при возведении мостовых переходов при чрезвычайных ситуациях, когда от скорости возведения моста зависят судьбы людей, застигнутых врасплох стихийным бедствием.
В настоящее время широкое распространение получили различные сборно-разборные мосты, которые можно быстро установить и использовать либо в качестве самостоятельного мостового сооружения, например, при невозможности быстрого восстановления имеющегося мостового перехода, разрушенного во время стихийного бедствия, либо в качестве временного сооружения, необходимого при строительстве больших и долго строящихся объектов (гидроэлектростанций, туннелей, сложных мостовых сооружений и т.п.). Основная задача временного моста - так организовать транспортные потоки (грузов, людей, железнодорожных составов и т.п.), чтобы в кротчайшие сроки (от нескольких часов до нескольких дней) при помощи простого оборудования возвести мост, способный обеспечить всем необходимым строящийся объект (строящийся или реконструируемый капитальный мост, горный карьер, угольный разрез и т.п.), причем такой мост должен быть универсальным, а значит, при использовании однотипных деталей, назначение моста может быть любым - пешеходным, автомобильным, железнодорожным или их возможной комбинацией.
Таким образом, исходя из вышесказанного, сборно-разборный мост одновременно должен удовлетворять сразу нескольким различным техническим требованиям.
Во-первых, он должен быть универсальным, т.е. будучи возведенным из одних и тех же деталей, мост может обеспечить любое функциональное назначение или комбинацию из таких назначений, например автомобильно-железнодорожно-пешеходный мост.
Во-вторых, будучи универсальным мостом, он может быть выполнен практически любой длины, от нескольких метров до нескольких сотен метров, т.е. мост может быть как разрезным, так и неразрезным, в зависимости от требуемой длины.
В-третьих, мост должен предусматривать различные варианты своей быстрой трансформации в связи с изменившимися внешними условиями. Очень часто в реальной ситуации бывает, что мост нужен в строго заданном месте для обеспечения оптимальной логистики перевозок, однако его вынуждены устанавливать на значительном удалении, ссылаясь на внешние факторы (зыбкость береговых грунтов, расположение фарватеров на реке, формы горного ущелья и т.п.).
В-четвертых, конструкция моста должна предусматривать в зависимости от изменений первоначальных условий возведения моста (коррекция транспортных потоков, быстрота установки конструкций моста и прилегающих к нему береговых коммуникаций, стоимости моста и т.д.) несколько стандартных альтернативных вариантов его строительства (например, замена неразрезного моста на разрезной, безопорной конструкции пролетного строения на опорную и т.п.), не требующих кардинальной замены основных элементов конструкции.
В-пятых, мост должен иметь такую конструкцию, чтобы монтаж его мог быть произведен малоквалифицированным строительным персоналом, причем масса элементов моста была такова, чтобы монтаж производился без привлечения тяжелой специализированной техники.
Известен разборный мост, включающий крайние и средние примыкающие одна к другой продольные балки, состоящие из пространственных секций, соединенных по длине моста посредством стыкового соединения типа «ласточкин хвост». На крайних секциях закреплены защитные заграждения (см. патент РФ №2298611, кл. E01D 15/12, 2006 г.). Основное преимущество моста заключается в его быстрой сборке и разборке.
Основным недостатком известного моста является отсутствие у него универсальных функций. Собранный из одних и тех же деталей такой мост имеет стандартные размеры и рассчитан на строго заданную нагрузку. Поэтому в рамках заданной нагрузки мост может быть либо автомобильным, либо пешеходным.
Кроме того, известный мост является разрезным мостом определенной длины и рассчитан на установку в русле небольших рек или оврагов. Установка промежуточных опор требует изменения конструкции используемых элементов.
Известен сборно-разборный металлический мост (см. патент РФ №2476635, кл. E01D 15/133, 2013 г.), включающий закрепленное на опорах пролетное строение, состоящее из двух главных ферм решетчатого типа, каждая из которых выполнена из соединенных посредством проушин и штырей линейных и плоскостных элементов. К нижним поясам главных ферм прикреплены поперечные балки, на которых размещена проезжая часть в виде продольного щитового настила, при этом поперечные балки прикреплены к главным фермам с помощью проушин и штырей снизу, а верхняя плоскость продольного щитового настила размещена ниже нижних проушин главных ферм. Главные фермы совместно с поперечными балками и продольным щитовым настилом образуют разборный металлический мост с ездой понизу. При трансформировании этого моста в разборный металлический мост большей грузоподъемности с ездой поверху между главными фермами установлены дополнительно две фермы аналогичной конструкции с межколейными связями между ними, сверху которых уложены межколейные щиты, а на главных фермах установлены колесоотбойники и перильное ограждение.
Известный сборно-разборный мост можно с некоторой натяжкой отнести к категории универсальных мостов, т.к. он позволяет из однотипных деталей собирать мосты различной грузоподъемности (возможно выполнить два варианта), а также с различным вариантом езды - по низу или поверху (тоже два варианта).
Основным недостатком известного сборно-разборного моста является ограниченность его функциональных возможностей. Такой мост не позволяет эксплуатировать его как железнодорожный мост. Он также не позволяет одновременно организовать несколько транспортных потоков. Такой мост не предусматривает его реализации в качестве висячего или вантового моста.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является, взятый в качестве прототипа сборно-разборный универсальный мост (см. патент РФ №137558, кл. E01D 15/133, 2013 г.), включающий закрепленное на опорах посредством вертикальных опорных стоек пролетное строение, состоящее из не менее чем двух продольных ферм решетчатого типа, на которые уложено дорожное покрытие, причем каждое пролетное строение моста может быть выполнено из одного или нескольких параллельных и/или вертикальных рядов несущих панелей, соединенных между собой поперечными связями и закрепленных на концах поперечных балок, а сами поперечные балки установлены в одном или нескольких рядах по вертикали и/или горизонтали и соединены между собой в каждом ряду продольно-поперечными связями.
Основными недостатками известного технического решения являются, во-первых, невысокая скорость монтажа опор, вследствие наличия мокрых работ по устройству бетонных ростверков и свай, что увеличивает сроки работ, даже при их одновременном ведении (монтаж опор и монтаж пролетного строения) до момента набора необходимой прочности бетона.
Во-вторых, замедленная сборка пролетного строения, которая обусловлена необходимостью трудоемкого монтажа продольно-поперечных связей между поперечными балками, состоящими из соединяемых на болтах уголков.
Задачей заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков, а именно повышение скорости монтажа моста, связанное с быстрой установкой опор и монтажом на них пролетного строения, а также со сборкой самого пролетного строения.
Указанная задача в сборно-разборном универсальном мосте, включающем закрепленное на опорах посредством вертикальных опорных стоек пролетное строение, состоящее из продольных ферм решетчатого типа, закрепленных на соединенных между собой поперечных балках, решена тем, что соединение балок между собой выполнено при помощи диагональных быстро устанавливаемых и регулируемых по длине соединений таким образом, чтобы концы нечетных поперечных балок были соединены с центрами четных балок, при этом само пролетное строение либо закреплено в нескольких точках посредством опорных частей, установленных на фундамент, либо подвешено к опоре/опорам посредством вант.
Указанная схема монтажа сборно-разборного моста позволяет создать из однотипных элементов быстро монтируемое пролетное строение для моста любого назначения и разместить его на быстро устанавливаемых опорах или подвесить к опоре/опорам через ванты. Так, например, применение винтовых свай и инвентарного ростверка позволит увеличить скорость монтажа опор и упростит этот процесс в несколько раз, а установка диагональных быстро устанавливаемых и регулируемых по длине соединений позволит не только быстрее собирать пролетное строение, но и контролировать геометрию и жесткость конструкции в целом, что является одним из важнейших вопросов в работе конструкции пролетного строения при его надвижке и дальнейшей эксплуатации.
Целесообразно для ускорения монтажа опору выполнить в виде сборной модульной конструкции, каждый модуль которой имеет форму параллелепипеда, состоящего из нескольких сборно-разборных элементов, объединенных между собой посредством съемных соединений.
Также для ускорения монтажа опоры перспективно основание опоры закрепить в грунте посредством одной или нескольких винтовых свай, образующих фундамент.
Для ускорения сборки пролетного строения выгодно регулируемое по длине соединение выполнить из двух связанных между собой талрепом стержней, каждый из которых имеет крюк с одной стороны и соответственно правую и левую резьбу с другой стороны.
Таким образом, заявляемый сборно-разборный универсальный мост позволяет по сравнению с известными аналогичными конструкциями существенно ускорить возведение мостового перехода за счет исключения технологии, связанной с выполнением бетонных работ по заливке фундаментов опор моста и необходимостью набора прочности бетона, что не имеет аналогов среди указанного класса быстро возводимых мостов, а значит, удовлетворяет критерию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 представлен рисунок, на котором изображен фрагмент пролетного строения заявляемого моста, подвешенный на вантах к составной П-образной опоре, выполненной из нескольких модулей в форме параллелепипедов, где 1 - П-образная составная опора, на которой с помощью вант 2 закреплено пролетное строение 3 с поперечными балками 4 и несущими панелями 5.
На фиг. 2 представлен рисунок, на котором изображен фрагмент поперечного сечения пролетного строения 3 заявляемого моста, поясняющий принцип стяжки поперечных балок 4 при помощи диагональных связей. Каждая из поперечных балок 4 закрепляется быстро устанавливаемыми, диагональными связями, состоящими из винтового соединителя 6 (талрепа) и двух стержней 7а и 7б, на одном из концов которых выполнена правая и левая резьба, а на других концах захватные крюки 8а и 8б.
На фиг. 3 изображен фрагмент поперечной балки 4, поясняющий принцип крепления к ней ванты 2, где 9 - крепежная скоба, 10а и 10б - крепежные обоймы; 11 - крепежные болты; 12 - крепежные гайки.
На фиг. 4 изображен фрагмент составной опоры, поясняющий принцип сборки между собой отдельных модулей и крепления к ним вант 2, где 13а-13г - элементы модулей; 14 - крепежные элементы с кольцами на концах, к которым с помощью крюков 15 крепятся концы вант 2.
На фиг. 5 представлен чертеж, поясняющий принцип закрепления основания составной опоры на грунте и/или дне водоема, где 16 - промежуточное основание, закрепляемое на нижнем модуле 13д при помощи крепежных элементов 17; 18 - вкручиваемые в грунт винтовые сваи, фиксируемые болтами 19 и объединяемые ростверком 16.
На фиг. 6 представлен чертеж, поясняющий принцип бокового соединения модулей 13е и 13ж между собой под прямым углом, где 20 - промежуточный уголок; 21а-21г крепежные элементы.
На фиг. 7 изображен фрагмент разрезного пролетного строения заявляемого моста, установленного на составной опоре, выполненной из нескольких панелей ограждения в форме параллелепипеда, где 22 - пролетное строение разрезного моста; 23 - вертикальная составная опора.
На фиг. 8 представлен детальный чертеж, поясняющий принцип соединения частей разрезного пролетного строения с верхней частью вертикальной составной опоры 23, где 24 - упорные элементы, закрепляемые на верхней части опоры 23 и их крепежные элементы 25; 26 - опорные стойки; 27 - плиты перекрытия (ортотропная плита).
На фиг. 9 приведен вариант быстро устанавливаемого в грунт основания, где 28 - промежуточная опора с опорной панелью 29 с фиксирующими направляющими 30; 31 - вкручиваемые в грунт винтовые сваи с ограничителями 32 для их закрепления в направляющих 30.
На фиг. 10 представлен чертеж, поясняющий принцип соединения несущих панелей 5 и опорных стоек 26 между собой посредством шарнирных пин-соединений, состоящих из проушин 33а, 33б и пинов 34, а также принцип закрепления опорных стоек 26 к опорному основанию 35 при помощи крепежных болтов 36.
На фиг. 11 представлен чертеж выполнения опорной платформы для установки опорного основания 35, где 37 - опорная платформа с фиксирующими направляющими 38; 39 - вкручиваемые в грунт винтовые сваи.
На фиг. 12 представлен вид спереди левой части пролетного строения с установленными опорными стойками 26, где 40 - диагональные связи, повышающие жесткость продольной фермы решетчатого типа; 41 - пешеходная дорожка; 42 - боковое ограждение.
На фиг. 13 представлен чертеж выполнения еще одного варианта пролетного строения заявляемого моста, содержащего продольную ферму решетчатого типа 43, на которой закреплены поперечные балки 4 с дорожным покрытием 27 и пешеходными переходами 41, боковыми ограждениями 42 и дорожными разделителями 44.
Сборку заявляемого моста рассмотрим на примере моста небольшой грузоподъемности (см. фиг. 13) с одной центральной фермой 43, установленной под поперечными балками 4.
Заявляемый сборно-разборный мост монтируют следующим образом.
На одном из берегов реки или ущелья с помощью малых средств механизации (крана или подъемного механизма с грузоподъемностью до 800 кг) собирают секцию заявляемого моста и устанавливают аванбек (направляющая вспомогательная конструкция в виде консоли для надвижки моста - на фиг. 13 она условно не показана). Для этого к поперечным балкам 4 присоединяют несколько рядов панелей 5 (в зависимости от схемы мостового перехода). После сборки аванбека, собирают само пролетное строение, для чего к продольной ферме решетчатого типа 43 (число панелей 5 фермы определяют из расчета грузоподъемности моста) присоединяют поперечные балки 4, а между поперечными балками 4 устанавливают диагональные регулируемые по длине соединения (см. фиг. 2), каждое из которых выполнено из двух стержней 7а и 7б, винтовые концы которых соединены талрепом 6, а другие концы выполнены с захватными крюками 8а и 8б и соединяются с проушинами, закрепленными на балках 4. Способ установки указанных регулируемых по длине соединений позволяет существенно ускорить монтаж пролетного строения. В конце монтажа моста на поперечные балки 4 устанавливаются плиты дорожного покрытия 27, плиты пешеходных переходов 41, боковые ограждения 42 и дорожные разделители 44, а на торцах пролетного строения к панелям 5 присоединяют опорные стойки 26 (см. фиг. 10). Затем, по накаточным путям (не показаны) происходит надвижка моста и пролетное строение занимает проектное положение. После установки пролетного строения на опоры 35, которые закреплены на опорных платформах 37 (см. фиг. 11) на берегах реки, мост готов к эксплуатации.
Если, например, схема пролетного строения 3 (см. фиг. 1) требует установки промежуточных опор, то в зависимости от типа моста монтируется, например, П-образная составная опора 1, к которой на вантах 2 подвешивается пролетное строение 3 или монтируется, например, вертикальная составная опора 23 (см. фиг. 7), на которую опирается пролетное строение 22. На фиг. 3-6 представлены чертежи, поясняющие монтаж П-образной составной опоры 1, а на фиг. 8 - чертежи, поясняющие монтаж вертикальной составной опоры 23. Монтаж опоры 1 из готовых сборных модулей 13 позволяет быстро провести сборку с помощью небольшого крана с грузоподъемностью до 800 кг, установленного на судне (барже), если речь идет об установке опоры на плавающий на воде сборный пантон (не показан), или крана, установленного на грузовой машине, если к месту установки опоры подведена дорога. Для исключения проведения бетонных работ, в качестве опорных элементов опоры 1 могут быть использованы винтовые сваи 18, ввинчиваемые в грунт (см. фиг. 5), которые через промежуточное основание 16 крепятся к основанию опоры 1 (модулю 13д) при помощи крепежных элементов 17 и фиксаторов 19. Аналогичным образом винтовые сваи 31 (см. фиг. 9) крепятся к основанию промежуточной опоры 28, а винтовые сваи 39 (см. фиг. 11) - к опорной платформе 37.
Заявляемая конструкция сборно-разборного универсального моста была разработана для быстрого возведения мостовых переходов при чрезвычайных ситуациях и позволяет обеспечить скорость монтажа пролетных строений не менее 25 м/сутки. Для сборки моста не требуется квалифицированный персонал, а в качестве подъемного устройства достаточно одного автомобиля с гидроманипулятором, способным поднимать элементы конструкции массой до 800 кг. При этом сборка моста подобна сборке конструктора. Элементы невозможно перепутать и собрать в неправильной последовательности, так как они симметричны относительно своих центральных осей и нет разницы между верхом/низом, правой/левой сторонами. Различные схемы моста отличаются большим или меньшим количеством элементов. Разрезные пролетные строения достигают в длину до 60 метров кратно 3 метрам. Неразрезные схемы не ограничены по длине, причем промежуточные опоры могут собираться из основных несущих элементов пролетных строений - панелей. Грузоподъемность моста варьируемая: возможно собрать схему для пропуска как пешеходов, так и железнодорожного транспорта.