АРОЧНЫЙ МОСТ
ARCHED BRIDGE

Изобретение относится к мостам, характеризующимся типом конструкции, а именно к арочным мостам.
Известен мост с решетчатой аркой (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. 325, рис. 8.2в), включающий две параллельно расположенные друг к другу арки, выполненные из жестких стержневых элементов, состоящие из верхнего и нижнего поясов, объединенные подкосами, балку жесткости с проезжей частью моста, подвески, закрепленные на арках и балке жесткости.
Недостатком данного устройства является большой собственный вес конструкции, нерациональное использование прочностных свойств несущих конструкций.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является арочное пролетное строение (Пат. РФ 2485243, МПК E01D/00. А.В. Бобриков, С.Н. Коренев, И.О. Королев, Г.П. Корноухов, А.А. Бриньков. Арочное пролетное строение. - Опубл. 20.06.2013), включающее две наклонно расположенные друг к другу арки, выполненные из жестких стержневых элементов, состоящие из верхнего и нижнего поясов, объединенных подкосами, балку жесткости с проезжей частью моста, подвески в виде канатов, закрепленных на арках и балке жесткости.
Недостатком данного устройства является большой собственный вес конструкции, нерациональное использование прочностных свойств несущих конструкций.
Цель изобретения - уменьшение собственного веса конструкции и расхода металла.
Указанная цель достигается тем, что часть элементов конструкции выполнена из канатов.
Сущность изобретения заключается в том, что нижние пояса арок, подкосы и подвески выполнены из канатов, причем подкосы расположены между поясами и прикреплены к верхнему и нижнему поясам арок, а подвески прикреплены к верхнему поясу арок и балке жесткости, причем подкосы и нижний пояс расположены в наклонных плоскостях арок, а подвески - в параллельных им плоскостях между арками.
На фиг. 1 представлена схема фасада арочного моста, включающая арку, состоящую из верхнего выпуклого пояса 1 из жесткого материала и нижнего пояса 2, выполненного из канатов, стрела подъема которого равна 0,6-0,9 стрелы подъема верхнего пояса 1, верхний 1 и нижний 2 пояса соединены подкосами 3, выполненными из канатов и закрепленными на верхнем 1 и нижнем 2 поясах, таким образом, что образуют зигзагообразную линию, симметричную относительно середины моста, а между верхним 1 поясом и балкой жесткости 4 прикреплены подвески 5 из канатов, причем с одной стороны моста верхний пояс арки 1 и балка жесткости 4 опираются на неподвижные опоры 6, а с другой стороны - на подвижные опоры 7.
На фиг. 2 представлена схема поперечного сечения арочного моста по А-А, включающая верхний пояс 1, нижний пояс 2, между верхними и нижними поясами расположены подкосы 3, причем нижний пояс 2 и подкосы 3 расположены в наклонных плоскостях верхних поясов 1, а подвески 5 - в параллельных им плоскостях между арками 1, подвески 5 прикреплены к верхнему поясу 1 и балке жесткости 4, в направлении сечения верхние пояса арки 1 и балка жесткости 4 опираются на неподвижные опоры 6, а схема поперечного сечения арочного моста по А-А в направлении подвижных опор 7 не представлена. В местах пересечения арок с балкой жесткости 4, последние не контактируют между собой, так как балка жесткости 4 имеет локальное сужение.
На фиг. 3 представлен узел 8 крепления подкосов 3 к верхнему 1 поясу арки, включающий подкосы 3, концы которых заделаны в анкеры с проушиной 9, а на верхнем 1 поясе арки при помощи болто-сварного соединения прикреплена анкерная фасонка с проушинами 10, крепление происходит после совмещения отверстий проушин и установки анкерных шпилек 11.
На фиг. 4 представлен узел 12 крепления подвески 5 к верхнему 1 поясу арки, включающий подвеску 5, верхний конец которой заделан в анкер с проушиной 9, а на верхнем 1 поясе арки при помощи болто-сварного соединением прикреплена анкерная фасонка с проушиной 10, крепление происходит после совмещения отверстий проушин и установки анкерной шпильки 11.
На фиг. 5 представлен узел 13 крепления подкосов 3 к нижнему 2 поясу арки, включающий подкосы 3, концы которых заделаны в анкеры с проушиной 9, а нижний 2 пояс арки в месте крепления обжимается двумя полуцилиндрами 14, причем с одной стороны полуцилиндры 14 затягиваются высокопрочными болтами 15, а с другой стороны на полуцилиндрах 14 есть проушины для крепления анкеров с проушинами 9 подкосов 3, крепление происходит после совмещения отверстий проушин и установки анкерных шпилек 11.
На фиг. 6 представлен узел 16 крепления подвесок 5 к балке жесткости 4, включающий подвеску 5, нижний конец которой заделан в цилиндрический анкер 17, причем анкер опирается на шайбу 18, вставленную в отверстие балки жесткости 4.
На фиг. 7 представлен узел 19 крепления каната нижнего 2 пояса к верхнему 1 поясу арки в месте его опирания на неподвижную опору 6, включающий канат нижнего 2 пояса арки, конец которого заделан в анкер с проушиной 9, а на верхнем 1 поясе арки при помощи болто-сварного соединения прикреплена анкерная фасонка с проушиной 10 таким образом, что после совмещения отверстий проушин и установки анкерной шпильки 11 оси элементов верхнего 1 и нижнего 2 поясов арки пересекутся в месте опирания верхнего 1 пояса на неподвижную опору 6. Узел крепления нижнего 2 пояса к верхнему 1 поясу арки в месте его опирания на подвижную опору 7 не представлен.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Основными несущими элементами арочных мостов служат арки, передающие на опоры не только вертикальное давление, но и распор, а при отсутствии шарниров в опорных сечениях - также изгибающие моменты. Наличие распора и опорных моментов приводит к уменьшению изгибающих моментов в арке по сравнению с однопролетной балкой той же длины. Поэтому поперечные сечения элементов арочных мостов оказываются меньшими, а перекрывающая способность большей, чем для балочной системы. Бесшарнирные арки наиболее чувствительны к изменениям температуры, смещениям и неравномерным осадкам опор. Введение шарниров приводит к увеличению изгибающих моментов в арке, но одновременно уменьшает дополнительные усилия от действия температуры, смещений и неравномерных осадок опор. С увеличением числа шарниров возрастают прогибы и переломы продольного профиля проезжей части на мосту под действием временной нагрузки. Трехшарнирные арки оказываются целесообразными в мостах под автодорогу и при недостаточно прочных грунтах в основании опор. Таким образом, в металлических мостах применяют преимущественно пролетные строения с двух- и трехшарнирными арками.
Арки могут конструироваться сплошностенчатыми и решетчатыми (сквозными). Решетчатые арки применяются для перекрытия средних и больших пролетов. Преимущества сплошностенчатых арок - относительная простота конструкции и изготовления, небольшое число стыков. Поперечное сечение арок при небольших прилетах принимают Н-образным, при средних и больших - коробчатым, и в отдельных случаях - кольцевым (трубным). Мосты с решетчатыми арками сложнее по конструкции и более трудоемки в монтаже, чем сплошностенчатые. Однако при значительных пролетах и тяжелой временной нагрузке они оказываются более экономичными по расходу металла.
Криволинейность арки, основного несущего элемента, определяет необходимость устройства специальных конструкций - подвесок, для поддержания балки жесткости с проезжей частью. При езде в пониженном уровне или в уровне пят (шарниров) проезжая часть, соединенная с арками, препятствует их деформациям и воспринимает распор.
Арочные пролетные строения значительно сложнее балочных конструкций. Длины и сечения элементов зависят не только от перекрываемого пролета, но и от стрелы подъема, которая может меняться в пределах от 0,4 до 0,6 перекрываемого пролета, а также от оси очертания свода.
При сооружении арочных мостов требуется более высокая точность изготовления и монтажа. Характерной особенностью арочных пролетных строений является S-образный изгиб балки жесткости при несимметричном загружении временной нагрузкой.
Очертания оси арки при заданном пролете и стреле подъема целесообразно задавать по кривой давления от собственного веса. Если ось арки очерчена по кривой давления, то изгибающие моменты в ней вызываются только временной нагрузкой.
Арочные мосты комбинированных систем могут образовываться двумя основными способами: объединение обычных (простых) систем; введение в состав простой системы дополнительных элементов. Пример комбинированных систем первого типа: сочетание балки с аркой. Системы второго типа могут образовываться введением в обычную арку затяжки, соединяющей опорные узлы.
Предлагаемое устройство образовано сочетанием первого и второго типа комбинированных систем.
Арочный мост состоит из двух наклонно расположенных друг к другу арок, каждая из которых состоит из верхнего выпуклого сплошностенчатого пояса 1 коробчатого сечения и нижнего пояса 2, выполненного из канатов, стрела подъема которого равна 0,6-0,9 стрелы подъема верхнего 1 пояса. Верхний 1 и нижний 2 пояса соединены подкосами 3, изготовленными из канатов, таким образом, что образуют зигзагообразную линию, симметричную относительно середины моста. Возможно применение систем решеток с восходящими или нисходящими раскосами. Верхний 1 и нижний 2 пояса арки в узле опирания 19 соединяются таким образом, чтобы оси элементов верхнего 1 и нижнего 2 поясов арки пересеклись в узле опирания 19. Нижний 2 пояс арки и подкосы 3 расположены в наклонных плоскостях верхних 1 поясов. Балка жесткости 4 выполняется сплошностенчатой и имеет коробчатое сечение. На балке жесткости 4 расположена проезжая часть. Нагрузка от веса балки жесткости и устроенного на ней мостового полотна передается на верхний 1 пояс арки с помощью подвесок 5 в виде вант, закрепленных на верхнем 1 поясе арки и балки жесткости 4. Подвески 5 расположены в параллельных плоскостях подкосов 3, верхнего 1 и нижнего 2 поясов арки, смещенных к оси моста. Опирание верхних 1 поясов арки и балки жесткости 4 с одной стороны моста происходит на неподвижные опоры 6, а с другой стороны на подвижные опоры 7. Такое расположение неподвижных 6 и подвижных 7 опор не препятствует линейным перемещениям арки и балки жесткости 4. В местах пресечения арок с балкой жесткости 4, последние не контактируют между собой, так как балка жесткости 4 имеет локальное сужение.
На верхние 1 пояса арки действуют усилия от собственного веса, веса закрепленных на нем подкосов 3 и нижнего 2 пояса арки, подвесок 5, передающих нагрузку от балки жесткости 4 и устроенного на ней мостового полотна и движущейся временной нагрузки. Под действием этих усилий верхний 1 пояс арки стремится распрямиться, в результате чего происходит небольшое линейное перемещение подвижной опоры 7 верхнего 1 пояса арки. Происходит включение нижнего 2 пояса арки и подкосов 3 в работу, то есть нижний 2 пояс и подкосы 3 начинают испытывать растягивающие напряжения, препятствующие линейным перемещениям опор 7 верхнего 1 пояса арки. Растягивающие напряжения создают распор арки. Подвески 5 испытывают также растягивающие напряжения от веса балки жесткости 4, веса мостового полотна и движущейся временной нагрузки.
Так как нижний пояс арки, подкосы и подвески выполнены из канатов, то значительно снижается их собственный вес, а использование при изготовлении высокопрочной проволоки увеличивает их несущую способность. Вследствие чего происходит снижение нагрузки на верхние пояса арки, что позволяет снизить расход металла на их изготовление.
Таким образом, при замене части элементов арочного моста на канаты происходит уменьшение собственного веса конструкций и расхода металла.