ОПОРНОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к строительству и может быть использована для протяженных сооружений, например, мостов, у которых в процессе эксплуатации пролетные строения передают на опору значительные вертикальные и горизонтальные, в том числе знакопеременные, нагрузки.
Известно опорное устройство, включающее верхнюю и нижнюю опорные плиты, закрепленные соответственно на пролетном строении и опоре, противоугоны и шарнир, содержащий сердечник с выпуклой сферической поверхностью и плиту скольжения с ответной вогнутой сферической поверхностью, взаимодействующей с плотным касанием (термин принят согласно СНиП 2.05.03-84*, с.78, табл.48) и поворотной подвижностью с выпуклой сферической повехностью сердечника, причем плита скольжения с сердечником прикреплена к верхней опорной плите, а противоугоны - к нижней опорной плите [1]. Недостатками данного опорного устройства является следующее. Оно предназначено для вопринятия только вертикальной сжимающей нагрузки. Его верхняя и нижняя опорные плиты горизонтально неподвижны относительно друг друга и контактируют соответственно с пролетным строением и опорой с возможностью их оперативного разъединения по вертикали. В связи с этим устройство может использоваться в качестве неподвижной опорной части лишь при монтаже пролетного строения. Кроме того, отсутствие в шарнире специальных антифрикционных слоев обусловливает возникновение в опоре и опорном узле пролетного строения повышенного напряженно-деформированного состояния, вызываемого силами сопротивления трению.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является опорное устройство, включающее верхнюю и нижнюю опорные плиты, закрепленные соответственно на пролетном строении и опоре, противоугоны и шарнир, содержащий сердечник с выпуклой сферической поверхностью и установленные одна над другой с зазором под смазку две плиты скольжения с вогнутыми сферическими поверхностями, взаимодействующие с плотным касанием и поворотной подвижностью с выпуклой сферической поверхностью сердечника, причем противоугоны и сердечник жестко прикреплены соответственно к верхней и нижней опорным плитам [2]. Это опорное устройство предназначено для воспринятая вертикальных и горизонтальных, в том числе знакопеременных нагрузок. Тем не менее и его недостатком является то, что обе опорные плиты горизонтально неподвижны относительно друг друга. В связи с этим и данное устройство может применяться только в качестве неподвижной опорной части. Кроме того, при отсутствии на сферических поверхностях шарнира специальных антифрикционных слоев даже при наличии смазки в опоре и опорном узле пролетного строения может возникать повышенное напряженно-деформированное состояния, так как со временем смазка загрязняется и разлагается, а ее замена при эксплуатации сооружения весьма затруднительна. Помимо этого, в ряде случаев в пролетных строениях мостов (криволинейных и широких в плане) целесообразно или возникает необходимость (нередко в сейсмических районах) воспринимать опорными устройствами (в комплекте с всесторонне подвижными опорными частями) только горизонтальные нагрузки без передачи на эти устройства сжимающей нагрузки (то есть использовать устройства в качестве горизонтально неподвижных и односторонне-подвижных упоров), сохраняя за ними способность удерживать пролетное строение при его отрыве от опоры. Однако устройство [2] для такого случая не приемлемо.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи расширения функциональных возможностей опорного устройства, воспринимающего значительные вертикальные и горизонтальные, в том числе знакопеременные, нагрузки при снижении напряженно-деформированного состояния в опоре и опорном узле пролетного строения.
Для решения поставленной задачи предлагаются четыре варианта конструктивного исполнения устройства.
Вариант I.
В опорном устройстве, включающем, верхнюю и нижнюю опорные плиты, закрепленные соответственно на пролетном строении и опоре, противоугоны и шарнир, содержащий сердечник с выпуклой сферической поверхностью и плиты скольжения с ответными вогнутыми сферическими поверхностями, взаимодействующими с плотным касанием и поворотной подвижностью с выпуклой сферической поверхностью сердечника, причем противоугоны и сердечник жестко прикреплены соответственно к верхней и нижней опорным плитам, сферические поверхности сердечника и плит скольжения принадлежат укрепленным на них антифрикционным слоям, опорная плита и скрепленные с ней противоугоны на сторонах, обращенных к сердечнику в свою очередь снабжены антифрикционными слоями с плоской поверхностью, плиты скольжения расположены дискретно относительно сердечника и также снабжены на сторонах противоположных вогнутым сферическим поверхностям антифрикционными слоями с плоскими поверхностями, обеспечивающими возможность взаимодействия с ними с поступательной подвижностью плоских поверхностей антифрикционных слоев опорной плиты и противоугонов, при этом центры всех сферических поверхностей антифрикционных слоев совмещены в одной общей для них точке и плита скольжения, взаимодействующая с опорной плитой, размещена плоской поверхностью своего антифрикционного слоя перпендикулярно направлению действующей на пролетное строение вертикальной нагрузки симметрично относительно вертикальной оси, проходящей через общую точку центров сферических поверхностей, а плиты скольжения, взаимодействующие с противоугонами, размещены плоскими поверхностями своих антифрикционных слоев параллельно направлению этой же вертикальной нагрузки симметрично относительно горизонтальной оси проходящей через ту же общую точку центров сферических поверхностей.
Противоугоны со стороны противоположной месту их прикрепления могут быть объединены ограничительной пластиной со сквозным отверстием, с которой контактируют торцы плит скольжения, взаимодействующих с противоугонами.
В месте контакта ограничительная пластина и торцы плит скольжения могут быть снабжены антифрикционными слоями с плоскими поверхностями, обеспечивающими возможность поступательной горизонтальной подвижности ограничительной пластины по торцам указанных плит.
Опорное устройство может иметь два противоугона с взаимодействующими с ними плитами скольжения, размещенные друг против друга плоскими поверхностями антифрикционных слоев перпендикулярно направлению горизонтальной нагрузки, действующей на пролетное строение, при этом вдоль осуществляемых им поступательных горизонтальных возвратно-поступательных перемещений размеры плоских поверхностей антифрикционных слоев, укрепленных на опорной плите, противоугонах и ограничительной пластине, а также размер сквозного отверстия в последней, выполнены превышающими не менее чем на величину указанных перемещений соответственно размер антифрикционных слоев с плоскими поверхностями плит скольжения и размер сердечника.
Опорное устройство может иметь четыре противоугона с взаимодействующими с ними плитами скольжения, размещенные попарно друг против друга плоскими поверхностями антифрикционных слоев каждой пары перпендикулярно одному из двух направлений действующих на пролетное строение горизонтальных нагрузок.
Сердечник может быть выполнен из цельной заготовки в виде шара, на котором укреплен антифрикционный слой с выпуклой сферической поверхностью.
Сердечник может быть выполнен составным из прямоугольного параллелепипеда и прикрепленных к его свободным плоскостям деталей с антифрикционными слоями с выпуклыми сферическими поверхностями с одинаковыми или разными радиусами.
Параллелепипед составного сердечника может быть выполнен за Одно целое с нижней опорной плитой из бетона в виде фундаментного столика, являющегося частью опоры.
Сердечник может быть прикреплен к верхней опорной плите, а противоугоны - к нижней.
Противоугоны могут быть непосредственно прикреплены к пролетному строению или опоре.
Вариант II.
В опорном устройстве, включающем верхнюю и нижнюю опорные плиты, закрепленные соответственно на пролетном строении и опоре, противоугоны и шарнир, содержащий сердечник с выпуклой сферической поверхностью и плиты скольжения с ответными вогнутыми сферическими поверхностями, взаимодействующими с плотным касанием и поворотной подвижностью с выпуклой сферической поверхностью сердечника, причем противоугоны и сердечник жестко прикреплены соответственно к верхней и нижней опорным плитам, сферические поверхности сердечника и плит скольжения принадлежат укрепленным на них антифрикционным слоям, противоугоны на сторонах обращенных к сердечнику в свою очередь снабжены антифрикционными слоями с плоской поверхностью, плиты скольжения расположены дискретно относительно сердечника и также снабжены на сторонах противоположных вогнутым сферическим поверхностям антифрикционными слоями с плоскими поверхностями, обеспечивающими возможность взаимодействия с ними с поступательной подвижностью плоских поверхностей антифрикционных слоев противоугонов, при этом сердечник отстоит с зазором относительно опорной плиты, к которой прикреплены противоугоны, центры всех сферических поверхностей антифрикционных слоев совмещены в одной общей для них точке, а плиты скольжения размещены плоскими поверхностями своих антифрикционных слоев параллельно направлению действующей на пролетное строение вертикальной нагрузки и симметрично относительно горизонтальной оси, проходящей через общую точку центров сферических поверхностей.
Противоугоны со стороны противоположной месту их прикрепления могут быть объединены ограничительной пластиной со сквозным отверстием, с которой контактируют торцы плит скольжения.
В месте контакта ограничительная пластина и торцы плит скольжения могут быть выполнены с антифрикционными слоями с плоскими поверхностями, обеспечивающими возможность поступательной горизонтальной подвижности ограничительной пластины по торцам указанных плит.
Опорное устройство может иметь два противоугона с взаимодействующими с ними плитами скольжения, размещенные друг против друга плоскими поверхностями антифрикционных слоев перпендикулярно направлению горизонтальной нагрузки, действующей на пролетное строение, при этом вдоль осуществляемых им поступательных горизонтальных возвратно-поступательных перемещений размеры плоских поверхностей антифрикционных слоев, укрепленных на противоугонах и ограничительной пластине, а так же размер сквозного отверстия в последней выполнены превышающими не менее чем на величину указанных перемещений соответственно размер антифрикционных слоев с плоскими поверхностями плит скольжения и размер сердечника..
Опорное устройство может иметь четыре противоугона с контактирующими с ними плитами скольжения, размещенные попарно друг против друга плоскими поверхностями антифрикционных слоев каждой пары перпендикулярно одному из двух направлений горизонтальных нагрузок, действующих на пролетное строение.
Сердечник может быть выполнен из цельной заготовки в виде шара, на котором укреплен антифрикционный слой с выпуклой сферической поверхностью.
Сердечник может быть выполнен составным из прямоугольного параллелепипеда и прикрепленных к его свободным боковым плоскостям деталей с антифрикционными слоями с выпуклыми сферическими поверхностями с одинаковыми или разными радиусами.
Параллелепипед составного сердечника может быть выполнен за одно целое с нижней опорной плитой из бетона в виде фундаментного столика, являющегося частью опоры.
Сердечник может быть прикреплен к верхней опорной плите, а противоугоны - к нижней.
Противоугоны могут быть непосредственно прикреплены к пролетному строению или опоре.
Вариант III
В опорном устройстве, включающем верхнюю и нижнюю опорные плиты, закрепленные соответственно на пролетном строении и опоре, противоугоны и шарнир, содержащий сердечник и плиты скольжения, причем противоугоны и сердечник жестко прикреплены соответственно к верхней и нижней опорным плитам, сердечник выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, свободные стороны которого снабжены антифрикционными слоями с плоскими поверхностями, плиты скольжения расположены дискретно относительно сердечника и в свою очередь с его стороны также снабжены антифрикционными слоями с плоскими поверхностями, обеспечивающими возможность взаимодействия с антифрикционными слоями сердечника с поступательной подвижностью, а с противоположной стороны эти плиты скольжения снабжены антифрикционными слоями с выпуклыми сферическими поверхностями, к опорной плите и скрепленным с ней противоугонам на сторонах обращенных к сердечнику прикреплены детали, снабженные антифрикционными слоями с вогнутыми сферическими поверхностями, которые ответны сферическим поверхностям антифрикционных слоев плит скольжения и обеспечивают возможность взаимодействия с ними с плотным касанием и с поворотной подвижностью, при этом сферические поверхности антифрикционных слоев выполнены с одинаковыми или разными радиусами и все их центры совмещены в одной общей для них точке, плита скольжения, взаимодействующая с сердечником и деталью опорной плиты, размещена плоской поверхностью своего антифрикционного слоя перпендикулярно направлению действующей на пролетное строение вертикальной нагрузки симметрично относительно вертикальной оси, проходящей через общую точку центров сферических поверхностей, а плиты скольжения, взаимодействующие с сердечником и деталями противоугонов, размещены плоскими поверхностями своих антифрикционных слоев параллельно направлению этой же вертикальной нагрузки симметрично относительно горизонтальной оси, проходящей через ту же общую точку центров сферических поверхностей.
Сердечник со стороны противоположной месту его жесткого прикрепления может быть снабжен ограничительной пластиной со свесами, с которой с одной стороны контактирует плита скольжения, взаимодействующая с деталью опорной плиты, а с другой стороны с ее свесами контактируют торцы плит скольжения, взаимодействующих с деталями противоугонов, при этом в месте контакта плиты скольжения и ограничительная пластина снабжены антифрикционными слоями с ответными плоскими поверхностями, обеспечивающими возможность горизонтальной подвижности плит скольжения по ограничительной пластине.
Опорное устройство может иметь два противоугона с контактирующими с их деталями плитами скольжения, у которых плоские поверхности антифрикционных слоев расположены перпендикулярно направлению горизонтальной нагрузки, действующей на пролетное строение, при этом вдоль осуществляемых им горизонтальных возвратно-поступательных перемещений размеры плоских антифрикционных слоев, укрепленных на сердечнике и ограничительной пластине, а также расстояние между противоугонами выполнены превышающими не менее чем на величину указанных перемещений соответственно размер антифрикционных слоев с плоскими поверхностями плит скольжения и размер сердечника с ограничительной пластиной.
Опорное устройство может иметь четыре противоугона с контактирующими с их деталями плитами скольжения, размещенными попарно друг против друга плоскими поверхностями антифрикционных слоев каждой нары перпендикулярно одному из двух направлений действующих на пролетное строение горизонтальных нагрузок.
Параллелепипед сердечника может быть выполнен за одно целое с нижней опорной плитой из бетона в виде фундаментного столика и является частью опоры.
Сердечник может быть прикреплен к верхней опорной плите, а противоугоны - к нижней.
Противоугоны могут быть непосредственно прикреплены к пролетному строению или опоре.
Вариант IV
В опорном устройстве, включающем верхнюю и нижнюю опорные плиты, закрепленные соответственно на пролетном строении и опоре, противоугоны и шарнир, содержащий сердечник и плиты скольжения, причем противоугоны и сердечник жестко прикреплены соответственно к верхней и нижней опорным плитам, сердечник выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, свободные стороны которого снабжены антифрикционными слоями с плоскими поверхностями и с зазором отстоит от опорной плиты, к которой прикреплены противоугоны, плиты скольжения расположены дискретно относительно сердечника и в свою очередь с его стороны также снабжены антифрикционными слоями с плоскими поверхностями, обеспечивающими возможность взаимодействия с антифрикционными слоями сердечника с поступательной подвижностью, а с противоположной стороны эти плиты скольжения снабжены антифрикционными слоями с выпуклыми сферическими поверхностями, к противоугонам на сторонах, обращенных к сердечнику, прикреплены детали, снабженные антифрикционными слоями с вогнутыми сферическими поверхностями, которые ответны сферическим поверхностям антифрикционных слоев плит скольжения и обеспечивают возможность взаимодействия с ними с плотным касанием и с поворотной подвижностью, при этом сферические поверхности антифрикционных слоев выполнены с одинаковыми или разными радиусами и все их центры совмещены в одной общей для них точке, а плиты скольжения размещены плоскими поверхностями своих антифрикционных слоев параллельно направлению действующей на пролетное строение вертикальной нагрузки симметрично относительно горизонтальной оси, проходящей через общую точку центров серических поверхностей.
Сердечник со стороны противоположной месту его жесткого прикрепления снабжен ограничительной пластиной со свесами, с которыми контактируют торцы плит скольжения, при этом в месте контакта ограничительная пластина и торцы плит скольжения снабжены антифрикционными слоями с ответными плоскими поверхностями, обеспечивающими возможность горизонтальной поступательной подвижности плит скольжения по ограничительной пластине.
Опорное устройство может иметь два противоугона с контактирующими с их деталями плитами скольжения, у которых плоские поверхности антифрикционных слоев расположены перпендикулярно направлению горизонтальной нагрузки, действующей на пролетное строение, при этом вдоль осуществляемых им горизонтальных возвратно-поступательных перемещений размеры плоских антифрикционных слоев, укрепленных на сердечнике и ограничительной пластине, а также расстояние между противоугонами выполнены превышающими не менее чем на величину указанных перемещений соответственно размер антифрикционных слоев с плоскими поверхностями плит скольжения и размер сердечника с ограничительной пластиной.
Опорное устройство может иметь четыре противоугона с контактирующими с их деталями плитами скольжения, размещенными попарно друг против друга плоскими поверхностями антифрикционных слоев каждой пары перпендикулярно одному из двух направлений действующих на пролетное строение горизонтальных нагрузок.
Параллелепипед сердечника может быть выполнен за одно целое с нижней опорной плитой из бетона в виде фундаментного столика и является частью опоры.
Сердечник может быть прикреплен к верхней опорной плите, а противоугоны - к нижней.
Противоугоны могут быть непосредственно прикреплены к пролетному строению или опоре.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 и 2 показаны примеры сечений поперек продольной оси пролетного строения опорного устройства, воспринимающего знакопеременную вертикальную нагрузку, с сердечником шарнира, выполненным в виде шара из цельной заготовки и прикрепленным соответственно к опоре и к пролетному строению;
- на фиг.3 и 4 показаны виды А по фиг.1 примеров сечений соответственно неподвижного и односторонне-подвижного опорного устройства;
- на фиг.5 и 6 показаны примеры сечений опорного устройства с сердечником шарнира, выполненным из прямоугольного параллелепипеда, соответственно металлического и бетонного, и присоединенных к нему деталей с выпуклыми сферическими поверхностями антифрикционных слоев одинакового радиуса;
- на фиг.7 показан пример сечения устройства с сердечником шарнира, выполненным из прямоугольного параллелепипеда и присоединенных к нему деталей с выпуклыми сферическими поверхностями антифрикционных слоев с разными радиусами;
- на фиг.8 и 9 показаны примеры сечений опорного устройства с сердечником, имеющим антифрикционные слои с сферическими поверхностями, и с противоугонами, непосредственно прикрепленными соответственно к пролетному строению и к опоре;
- на фиг.10 и 11 показаны примеры сечений поперек оси пролетного строения опорного устройства (сдвигового упора), не воспринимающего сжимающую вертикальную нагрузку, с сердечником шарнира, выполненным в виде шара из цельной заготовки и прикрепленным соответственно к опоре и пролетному строению;
- на фиг.12 и 13 показаны виды Б по фиг.10 примеров сечений соответственно неподвижного и односторонне-подвижного опорного устройства в виде сдвигового упора;
- на фиг.14 и 15 показаны примеры сечений опорного устройства в виде сдвигового упора с сердечником шарнира, выполненным из прямоугольного параллелепипеда, соответственно металлического и бетонного, и присоединенных к нему деталей с выпуклыми поверхностями антифрикционных слоев одинакового радиуса;
- на фиг.16 показан пример сечения в плане опорного устройства в виде сдвигового устройства с сердечником шарнира, выполненным из прямоугольного параллелепипеда и присоединенных к нему деталей с выпуклыми сферическими поверхностями антифрикционных слоев с разными радиусами;
- на фиг.17 и 18 показаны примеры сечений опорного устройства в виде сдвигового упора с сердечником шарнира, имеющим анитфрикционные слои со сферическими поверхностями, и с противоугонами непосредственно прикрепленными соответственно к пролетному строению и к опоре;
- на фиг.19 и 20 показаны примеры сечений поперек продольной оси пролетного строения опорного устройства, воспринимающего знакопеременную вертикальную нагрузку, с сердечником шарнира, выполненным из прямоугольного параллелепипеда с антифрикционными слоями с плоскими поверхностями и прикрепленным соответственно к опоре и к пролетному строению;
- на фиг.21 и 22 показаны виды В по фиг.19 примеров сечений соответственно неподвижного и односторонне-подвижного опорного устройства;
- на фиг.23 показан пример сечения опорного устройства с сердечником шарнира, выполненным из бетонного прямоугольного параллелепипеда и с антифрикционными слоями с плоскими поверхностями;
- на фиг.24 показан пример сечения устройства с сердечником шарнира, выполненным из прямоугольного параллелепипеда с антифрикционными слоями с плоскими поверхностями, и с плитами скольжения с выпуклыми сферическими поверхностями антифрикционных слоев с разными радиусами;
- на фиг.25 и 26 показаны примеры сечений опорного устройства с сердечником, имеющим антифрикционные слои с плоскими поверхностями, и с противоугонами непосредственно прикрепленными соответственно к пролетному строению и к опоре;
- на фиг.27 и 28 показаны примеры сечений поперек продольной оси пролетного строения опорного устройства (сдвигового упора), не воспринимающего сжимающую вертикальную нагрузку, с сердечником шарнира, выполненным из прямоугольного параллелепипеда с антифрикционными слоями с плоскими поверхностями и прикрепленным соответственно к опоре и к пролетному строению;
- на фиг.29 и 30 показаны виды Г по фиг.27 примеров сечений соответственно неподвижного и односторонне-подвижного опорного устройства в виде сдвигового упора;
- на фиг.31 показан пример сечения опорного устройства в виде сдвигового упора с сердечником шарнира, выполненным из бетонного прямоугольного параллелепипеда с антифрикционными слоями с плоскими поверхностями;
- на фиг.32 показан пример сечения в плане устройства в виде сдвигового упора с сердечником шарнира, выполненным из прямоугольного параллелепипеда с антифрикционными слоями с плоскими поверхностями, и с плитами скольжения с выпуклыми сферическими поверхностями антифрикционных слоев с разными радиусами;
- на фиг.33 и 34 показаны примеры сечений опорного устройства в виде сдвигового упора с сердечником, имеющим антифрикционные слои с плоскими поверхностями, и с противоугонами непосредственно прикрепленными соответственно к пролетному строению и к опоре.
сж
отр
1
2
Опорное устройство, передающее вертикальные сжимающую Р и/или отрывающую Р, а также горизонтальные S и/или S нагрузки от пролетного строения 1 на опору 2, включает верхнюю опорную плиту, например, 3 и противоугоны 4, 16, которые крепятся к пролетному строению 1, и сердечник 5 или 18 и нижнюю опорную плиту, например, 7, которые крепятся к опоре 2 (фиг.1, 3-5, 7, 10, 12-14, 19, 21, 22, 24, 27, 29, 30). Возможно и обратное расположение устройства: плита 7 и сердечник 5 или 18 крепятся к пролетному строению 1, а плита 3 и противоугоны 4, 16 - опоре 2 (фиг.2, 11, 20, 28). Кроме того, в ряде случаев сердечник, например 19, может быть изготовлен из бетона совместно с нижней опорной плитой и входить в состав опоры в виде фундаментного столика (фиг.6, 8, 15, 17, 23, 25, 31 и 33). Рациональность того или другого расположения устройства определяется при проектировании пролетного строения. Независимо от этого дискретно относительно любого из указанных сердечников расположены и взаимодействуют с ними плиты скольжения. При этом могут быть рассмотрены следующие варианты опорного устройства, выбор которых при проектировании определяется схемой и конкретными условиями эксплуатации пролетного строения и его опор, конструкцией опорных узлов, способами крепления к ним рассматриваемого устройства, экономичностью, трудоемкостью и технологичностью изготовления его деталей и его сборки, удобством монтажа и т.д.
сж
отр
1
1
2
При варианте 1 опорное устройство предназначено для воспринятая знакопеременных вертикальных нагрузок Р и Р. Его сердечник имеет антифрикционные слои со сферическими поверхностями и, как например, 5 может быть выполнен выполнен в виде шара из цельной заготовки (см. фиг.1-4), на которую нанесен антифрикционный слой 6 сосферической поверхностью, или составным из прямоугольного параллелепипеда 18 или 19 и присоединенных к его свободным от закреплениям плоскостям деталей 20-22 также с антифрикционными слоями 6 со сферическими поверхностями с одинаковым радиусом r (см. фиг.5, 6, 8,9) или с разными радиусами r и r (см. фиг.7). В последнем случае может понадобиться промежуточная прокладка 29. Величина радиусов определяется нагрузкой и назначается при проектировании.
Со сферической поверхностью слоя 6 сердечника 5 (см. фиг.1-4) или деталей 20-22, прикрепленных к сердечнику 18 (см. фиг.5, 7, 9) или 19 (см. фиг.6, 8) с плотным касанием и поворотной подвижностью взаимодействуют ответными вогнутыми сферическими поверхностями своих антифрикционных слоев 8 плиты скольжения 9, 10 и 11, с обратной (выемке) стороны которых укреплены антифрикционные слои 12 с плоскими поверхностями. Через эти слои 12 плиты скольжения 9-11 в свою очередь могут взаимодействовать с поступательной подвижностью с антифрикционными слоями с плоскими поверхностями 13, которыми снабжены на сторонах обращенных к сердечнику и опорная плита 3 и противоугоны 4
сж
отр
1
Плита скольжения 9 размещена с расположением плоской поверхности своего антифрикционного слоя 12 перпендикулярно вертикальной нагрузке Р и Р. Плиты скольжения 10 и 11 размещены с боков сердечника с расположением плоских поверхностей своих антифрикционных слоев параллельно этой же вертикальной нагрузке и друг другу. Это обеспечивает устройству возможность воспринимать только одну, например поперечную, горизонтальную нагрузку, например, S, и обеспечивать возможность пролетному строению осуществлять продольные горизонтальные возвратно поступательные перемещения ±V на величину ±Δ (см. фиг.3), то есть выплнять функции линейно подвижной опорной части.
2
При необходимости воспринятая устройством двух горизонтальных нагрузок, например еще и продольной S (при работе в качестве неподвижной опорной части), дополнительно могут быть устанавлены плоскими поверхностями антифрикционных слоев параллельно вертикальной нагрузке еще две плиты скольжения 14, 15 и противоугоны 16 (см. фиг.4). Взаимодействие этих плит с сердечником 5 и противоугонами 16 осуществляется также через укрепленные на них попарно контактирующие антифрикционные слои 6, 8 и 12, 13. В принципе, воспринятое поперечной и продольной горизонтальных нагрузок возможно при любом, в частности, под углом, расположении между собой в плане плит скольжения 10, 11 и 14, 15, а также другого количества плит. Однако, наиболее эффективно использование для этого двух или четырех плит скольжения с расположением их попарно друг против друга и размещением плоских поверхностей антифрикционных слоев каждой пары перпендикулярно направлениям указанных двух нагрузок.
2
1
Кроме того, при незначительных местных поперечных прогибах пролетного строения, работа устройства в качестве наподвижной опорной части возможна и при его конструктивном исполнении с двумя боковыми плитами скольжения, размещенными плоскими поверхностями перпендикулярно продольной горизонтальной нагрузке S, при выполнении сердечника с боковыми антифрикционными слоями с плоскими поверхностями перпендикулярными поперечной горизонтальной нагрузке S, взаимодействующими с плоскими поверхностями антифрикционных слоев противоугонов.
отр
1
2
отр
Для воспринятия устройством отрывной нагрузки Р противоугоны 4 и 16 со стороны противоположной месту их жесткого прикрепления объединены ограничительной - пластиной 17 со сквозным отверстием(см. фиг.1-6, 8,9). С ней контактируют торцы плит скольжения 10, 11 и 14, 15. В месте контакта плиты скольжения и ограничительная пластина также снабжены ответными антифрикционными слоями 12 и 13 с плоскими поверхностями. Ограничительная пластина 17, объединяя противоугоны 4 и 16, придает им дополнительную жесткость, препятствующую их изгибу от горизонтальных нагрузок S, S и сама воспринимает при этом вертикальную отрывную нагрузку Р. Все указанные силовые элементы устройства являются расчетными.
1
2
При обеспечении пролетному строению возможности осуществления продольных возвратно-поступательных температурных перемещений V на величину ±Δ (см. фиг.3), как уже упоминалось, плиты скольжения 14, 15 не устанавливаются. При этом длина плоских поверхностей антифрикционных слоев 13 на противоугонах 4 должна превышать размеры L плит скольжения 9, 10, 11, так же как и размер сквозного отверстия в ограничительной пластине 17 должен превышать размер L сердечника 5 в направлении горизонтального перемещения пролетного строения не меньше, чем на величину 2Δ.
Здесь, как и в последующих вариантах конструктивного исполнения устройства, антифрикционные слои 6, 8 и 12, 13 составляют антифрикционные пары, представляющие собой определенные комбинации материалов, известных из современного уровня техники. Например, слои скольжения 8 и 12 могут быть полимерными из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, чистого или наполненного политетрафторэтилена (в нашей стране известного как фторопласт-4, за рубежом как тефлон, алгофлон, флюон и др.), а слои 6 и 13 - соответственно из полиоксиметилена на текстолите, а также из нержавеющей стали или твердохромированные с полированной поверхностью. Коэффициент трения таких контактных пар достаточно низок. Для его еще большего уменьшения на контактирующие поверхности слоев скольжения наносят смазку (например, циатим 221, силиконовый жир и др.). Площадь полимерных антифрикционных слоев является рассчетной.
Как уже упоминалось прямоугольный параллелепипед составного сердечника может быть выполнен из металла, 18, и присоединяться к опорной плите 7 (см. фиг.5, 7, 9) или может быть изготовлен за одно целое с нижней опорной плитой как фундаментный столик 19 (см. фиг.6, 8), например, из бетона, и быть в составе опоры 2.. Основным условием для присоединения деталей с антифрикционными слоями 6 к параллелепипеду сердечника 18 или 19 шарнира является совмещение в единой точке центров сферических поверхностей указанных слоев, при этом, как также упоминалось, радиусы этих поверхностей слоев 6 могут быть одинаковыми, как, например, на деталях 20, 21 и 22 (см. фиг.5, 6, 8, 9) или разными, как, например, на деталях 23, 24 и 25 и взаимодействующих с ними плитах скольжения 26, 27, 28 (см. фиг.7), для чего может понадобиться дополнительная пластина 29. В любом случае размещение плит скольжения целесообразно выполнять симметрично относительно осей, проходящих через указанную единую точку центров сферических поверхностей, например, плиты скольжения 9 - относительно вертикальной оси, а плиты скольжения 10, 11 и 14, 15 - относительно горизонтальных осей.
Выполнение составным сердечника с антифрикционными слоями с выпуклыми сферическими поверхностями в ряде случаев может оказаться более технологичным, чем сердечника с такими же поверхностями из цельной заготовки, так как не всегда возможно подобрать прокат или поковки требуемых размеров, а обрабатывающие станки и гальванические ванны могут накладывать свои ограничения по габаритам сердечника и т.д. Поэтому конструкция сердечника из нескольких деталей, в том числе и с применением бетона, представляет больше возможностей для его изготовления
Кроме того, и противоугоны могут быть изготовлены и в виде двух или четырех отдельных деталей, например, кронштейнов 37 (см. фиг.8 и 9) и непосредственно крепится либо к пролетному строению 1, либо к опоре 2. При этом состав и взаимодействие остальных деталей устройства и требования к их установке не изменяются.
отр
сж
Вариант II опорного устройства может применяться при необходимости выполнения им функции неподвижного или односторонне подвижного сдвиговых упоров, но при воспринятии отрывной нагрузки Р. В этом случае, для того чтобы устройство не передавало на опору сжимающую вертикальную нагрузку Р, цельный сердечник, например 5 (см. фиг.10-13) или составной сердечник с прямоугольными параллелепипедами из металла 18 (см. фиг.14, 18) или из бетона (см. фиг.15, 17) должен с зазором отстоять от опорной плиты 3. Величина зазора зависит от общих и местных прогибов пролетного строения и назначается при проектировании.
отр
1
1
При этом в устройстве в зависимости от его указанных функциональных назначений также дискретно относительно сердечника устанавливают попарно друг против друга соответственно или четыре плиты скольжения 10, 11 и 14, 15, или только две из них - 10, 11 (см. фиг.10-13) с расположением плоской поверхности их антифрикционных слоев параллельно направлению вертикальной нагрузки Р. Эти плиты скольжения, обеспечивая поворотную подвижность относительно сердечника позволяют также осуществлять взаимное вертикальное поступательное перемещение относительно друг друга ему и противоугонам 4 и 16. Воспринятое устройством горизонтальных нагрузок S и/или S и осуществление горизонтальных перемещений ±V происходит так же, как и в варианте I.
1
2
1
2
В варианте II при составных сердечниках радиусы сферических поверхностей антифрикционных слоев тоже могут быть разными r и r и назначаться в неподвижно-сдвиговом упоре в зависимости от величин воспринимаемых им горизонтальных нагрузок S и S. (см. фиг.16). И здесь должно соблюдаться условие совмещенности в одной общей точке центров всех сферических поверхностей, для чего в некоторых случаях могут понадобиться дополнительные пластины 29. При этом плиты скольжения 10, 11 и 14, 15 размещают симметрично относительно горизонтальных осей, проходящих через эту общую точку.
Противоугоны как и в варианте I так же могут быть изготовлены из отдельных деталей, например 37 и непосредственно присоединяться либо к пролетному строению 1, либо к опоре 2 (см. фиг.17 и 18).
сж
отр
При варианте III устройства сердечника шарнира выполнен в виде прямоугольного металлического 18 (см. фиг.19-22, 24, 26) или бетонного 19(см. фиг.23, 25) параллелепипеда, на свободных сторонах которого укреплены антифрикционные слои 13 с плоскими поверхностями. С этими слоями через ответные плоские поверхности своих антифрикционных слоев 12 взаимодействуют с поступательной подвижностью расположенные дискретно относительно сердечника 18 или 19 плиты скольжения 30-32, на обратной стороне которых укреплены антифрикционные слои 6 с выпуклыми сферическими поверхностями. В зависимости от расположения сердечника к нескрепленным с ним опорным плитам, например, верхней 3 (см. фиг.19, 21-25) или нижней 7 (см. фиг.20 и 26) и противоугнам 4, 16 и 37 прикреплены детали 33-35, свободные стороны которых, обращенные к сердечнику, снабжены антифрикционными слоями 8 с вогнутыми сферическими поверхностями, ответными выпуклым сферическим поверхностям антифрикционных слоев плит скольжения 30-32. Благодаря этому указанные детали опорных плит и противоугонов контактируют с плитами скольжения с плотным касанием и поворотной подвижностью. При этом плита скольжения 30 здесь также установлена с соблюдением перпендикулярности направлению вертикальных нагрузок Р и Р, а плиты скольжени 31 и 32 - параллельности этим же нагрузкам плоских поверхностей их антифрикционных слоев.
отр
Для воспринятия отрывной нагрузки Р к сердечнику также в зависимости от его расположения сверху (см. фиг.19, 21-25) или снизу (см. фиг.20, 26) может быть прикреплена ограничительная пластина 36 со свесами, выступающими в стороны противоугонов 4, 16. В этом случае антифрикционный слой 13, с которым должен контактировать парный ему слой 12 плиты скольжения 30, следует прикрепить к пластине 36 в месте ее контакта с данной плитой скольжения. Такими же слоями 13 снабжены с противоположной стороны и свесы пластины 36. При этом ответными антифрикционными слоями 12 снабжены контактирующие со свесами торцы плит скольжения 31 и 32.
1
И в варианте III при выполнении устройством функций односторонне подвижной опорной части, для воспринятая горизонтальной нагрузки, например, S, в одном направлении и осуществления возвратно поступательных горизонтальных перемещений ±V на величину ±Δ в другом направлении напротив друг друга устанавливаются с расположением плоских поверхностей антифрикционных слоев параллельно перемещению две плиты скольжения 31 и 32, взаимодействующие с деталями 34, 35 противоугонов 4 (см. например, фиг.19). При этом длина антифрикционных слоев 13 на сердечнике, например, 18 и ограничительной пластине 36 (в том числе и на ее свесах) должна превышать длину антифрикционных слоев 12 плит скольжения 30-32 на величину 2Δ, также как и расстояние между противоугонами 16 должно превышать на эту же величину размер сердечника с ограничительной пластиной вдоль осуществляемых перемещений (см. фиг.22).
1
2
Воспринятое двух горизонтальных нагрузок S и S устройство может осуществлять при установке попарно друг против друга четырех плит скольжения 31, 32, взаиодействующих с деталями 34, 35 четырех противоугонов, например, 4 и 16, с размещением плоских поверхностей их антифрикционных слоев перпендикулярно направлениям горизонтальных нагрузок (см. фиг.21). Кроме того и здесь при незначительных поперечных прогибах пролетного строения возможно использование только двух боковых плит скольжения при размещении на противоугонах 16 антифрикционных слоев с плоской поверхностью, взаимодействующей с плоской поверхностью антифрикционных слоев сердечника.
1
1
2
Как и в предыдущих вариантах обязательным условием работоспособности устройства является совмещенности в единой точке центров всех сферических поверхностей антифрикционных слоев. При этом так же их радиусы могут быть одинаковыми r (см. фиг.19-21, 23, 25, 26) или разными r и r (см. фиг.24), что и здесь определяется величиной нагрузки, а плиты скольжения должны быть размещены симметрично относительно вертикальной и горизонтальных осей, проходящих через общую точку центров сферических поверхностей.
Противоугоны так же могут быть изготовлены из отдельных деталей, например 37, и непосредственно присоединяться либо к пролетному строению 1, либо к опоре 2 (см. фиг.25 и 26).
отр.
Вариант IV обусловливает возможность работы устройства и с сердечником, снабженным антифрикционными слоями с плоскими поверхностями, в качестве сдвиговых неподвижного и односторонне подвижного упоров (см. фиг.27-34). Здесь по аналогии с вариантом II сердечник в виде прямоугольного параллелепипеда с ограничительной пластиной 36 со свесами, снабженный антифрикционными слоями 13 с плоской поверхностью, независимо от того выполнен он из металла 18 (см. фиг.27-30, 34) или бетона 19 (см. фиг.31, 33) с зазором отстоит от нескрепленной с ним опорной плиты 3. Величина зазора, определяемая прогибами пролетного строения, назначается при проектировании. Плиты скольжения 31 и 32, имеющие антифрикционные слои с плоскими 12 и выпуклыми сферическими 6 поверхностями расположены плоской поверхностью антифрикционных слоев параллельно вертикальной отрывной нагрузке Р дискретно относительно сердечника и соответственно взаимодействуют с его антифрикционными слоями и ограничительной пластины с поступательной подвижностью и с плотным касанием и поворотной подвижностью с ответной вогнутой сферической поверхностью антифрикционных слоев 8, которыми снабжены детали 34, 35, укрепленные на противоугонах 4, 16.
1
1
2
Сферические поверхности антифрикционных слоев при обязательном совмещении их центров в единой общей точке могут быть с одинаковым r (см. фиг.27, 29 и с разными r и r (см. фиг.31) радиусами, величина которых, как и в прежних вариантах, определяется воспринимаемой нагрузкой. И здесь в последнем случае могут понадобиться промежуточные прокладки 29. При этом, плиты скольжения также размещены симметрично относительно горизонтальных осей, проходящих через общий центр сферических поверхностей.
И в данном варианте для обеспечения пролетному строению 1 возможности осуществления горизонтальных возвратно поступательных перемещений ±V на величину ±Δ используются только две плиты скольжения 31, 32, взаимодействующие через антифрикционные слои одновременно с сердечником 18 или 19 и деталями 34, 35 противоугонов 4, а длина антифрикционных слоев 13 на сердечнике, например, 18 и ограничительной пластине 36 (в том числе и на ее свесах) должна превышать длину антифрикционных слоев 12 плит скольжения 30-32 на величину 2Δ, также как и расстояние между противоугонами 16 должно превышать на эту же величину размер сердечника с ограничительной пластиной вдоль осуществляемых перемещений (см. фиг.30).
Аналогично варианту III воспринятое двух горизонтальных нагрузок устройство может выполнять при установке попарно друг против друга четырех плит скольжения 31, 32, взаимодействующих с деталями 34, 35 четырех противоугонов, например. 4 и 16, с размещением плоских поверхностей их антифрикционных слоев перпендикулярно направлениям горизонтальных нагрузок (см. фиг.29) или, как было показано ранее, при использовании только двух плит скольжения и размещении на противоугонах антифриционных слоев с плоскими поверхностями, взаимодействующими со cлями сердечника.. Противоугоны так же могут быть изготовлены из отдельных деталей, например 37, и непосредственно присоединяться либо к пролетному строению 1, либо к опоре 2 (см. фиг.33 и 34).
сж
отр
сж
При всех вариантах устройство работает следующим образом. Обусловливаемые статической схемой и загруженном пролетного строения 1, сейсмическими воздействиями воспринимаемые устройством вертикальные нагрузки могут быть Р, сжимающими его на опоре 2, и Р, отрывающими его от опоры 2. В соответствии с этим нагружаются разные группы деталей. При действии нагрузки Р, воздействие от пролетного строения 1 передается на опору 2 через опорные плиты 7 и/или 3, плиты скольжения 9, 26 или 30, и сердечник шарнира 5, 18 или 19, детали 20, 23 и 33.
отр
сж
При действии нагрузки Р в ее воспринятое включаются боковые сферические поверхности антифрикционных слоев 6 сердечника 5 или деталей 21, 22, 24, 25, 27, 28 и такие же поверхности антифрикционных слоев 8 плит скольжения 10, 11, 14, 15 или, например, соответственно плит скольжения 31, 32 и деталей 34, 35, взаимодействующих с поддерживающими их противоугонами 4, 16 и, например, 37, а также с удерживающими от перемещения вверх соответственно ограничительными пластинами 17 или 36. При отсутствии последних устройство сможет воспринимать только Р.
1
2
1
2
1
При общих и местных прогибах пролетного строения сферические поверхности антифрикционных слоев, образующие шарнир, независимо от вариантов конструктивного исполнения его сердечника дают устройству возможность обеспечивать пролетному строению осуществление вдоль и поперек его продольной оси возвратных поворотных перемещений на углы ±φ и/или φ. При обеспечении пролетному строению горизонтальной неподвижности поперечные и продольные усилия S и/или S воспринимают сердечник 5 или 18, присоединенныой через опорную плиту 7 к опоре 2 или пролетному строению 1, или сердечник 19, входящий в состав опоры 2, а также соответственно плиты скольжения 10, 11, 14, 15 или 31, 32, деталей 21, 22, 27, 28 или 34, 35 и четыре противоугона, 4 и 16 или 37. При обеспечении пролетному строению односторонней возвратно поступательной горизонтальной подвижности V на величину ±Δ поперечную нагрузку S удерживает установленная перпендикулярно ей пара противоугонов, например, 4 или 37, а плиты скольжения 9, 10, и 11, или 26, 27 и 28, или 30, 31 и 32, которые могут горизонтально поступательно перемещаться соответственно по антифрикционным слоям с плоской поверхностью опорной плиты 3, противоугонов 4 или сердечников 18 и 19.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет расширить функциональные возможности опорного устройства и использовать его для разных случаев опирания пролетных строений.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Патент Великобритании №2156743 А. М. Кл. В63В 27/14, 20.04. 1984.
2. Патент США №4,209,868. М. Кл. Е01D 19/06, 21.08.1978.