ПРОЛЕТНОЕ СТРОЕНИЕ МОСТА

Полезная модель относится к мостостроению, а именно к конструкции металлических пролетных строений, преимущественно автодорожных мостов.
Известно цельносварное пролетное строение конструкции «Лентрансмо-стпроект» со сплошными балками таврового профиля, к которым на одинаковых расстояниях, равных длине панелей связи между балками, приварены ребра жесткости в виде полос (Евграфов Г.К. Мосты на железных дорогах. Государственное транспортное железнодорожное издательство, М., 1955, с.459-461, фиг.598,599).
Описанное типовое пролетное строение обладает значительной металлоемкостью конструкции из-за наличия большого числа поперечных ребер жесткости, а также характеризуется большим объемом сварочных работ по прикреплению к главным балкам этих поперечных ребер.
Известно пролетное строение моста, содержащее металлические главные балки, размещенную на них ортотропную плиту проезжей части, включающую настильный лист, поперечные и продольные ребра (патент РФ на полезную модель №51627, МПК E01D 2/00, E01D 19/00, 2006), а также металлическое пролетное строение моста, содержащее несущие конструкции и объединенную с ними ортотропную плиту проезжей части, состоящую из настильного листа, подкрепленного набором продольных и поперечных ребер, причем поперечные ребра прикреплены к каждой вертикальной стенке пролетного строения с обеих сторон (патент РФ на полезную модель №42537, МПК E01D 1/00, 2004).
Недостатком описанных пролетных строений является высокая металлоемкость конструкции, что обусловлено применением большого числа поперечных ребер жесткости, сложность конструкции из-за большого числа элементов, а также повышенная трудоемкость из-за необходимости выполнения большого объема сварочных работ.
Наиболее близким к полезной модели по совокупности существенных признаков является разрезное пролетное строение моста с расчетным пролетом 32,4 м, содержащее металлические главные балки двутаврового сечения, объединенные поверху металлической ортотропной плитой проезжей части и поперечными балками. Ортотропная плита включает настильный лист и продольные ребра. К вертикальной стенке каждой главной балки приварены внешние и внутренние поперечные ребра жесткости (типовой проект №2008/089-1-КМ института МОРИССОТ, 2008 г.).
Ближайшему аналогу присущи те же недостатки, что и предыдущим.
Предлагаемая полезная модель решает задачу снижения материальных затрат за счет снижения массы пролетного строения моста и экономичного использование высокопрочной стали для обеспечения необходимой несущей способности его главных балок, а также за счет снижения трудозатрат на выполнение сварочных работ при сборке пролетного строения и монтаже моста.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в упрощении конструкции, снижении материалоемкости и трудоемкости выполнения пролетного строения.
Указанный технический результат достигается тем, что пролетное строение моста содержит металлические главные балки, имеющие вертикальную стенку и нижний пояс, объединенные поверху металлической ортотропной плитой проезжей части, включающей поперечные балки, настильный лист и прикрепленные к нему вертикальные продольные ребра. К главным балкам и нижнему поясу поперечных балок приварены поперечные ребра жесткости. Отличительной особенностью заявляемого пролетного строения является то, что вертикальными поперечными ребрами жесткости снабжены только главные балки, расположенные в местах опирания пролетного строения на опорные элементы.
Технический результат достигается также тем, что нижний пояс главной балки имеют переменную толщину по длине пролетного строения.
Выполнение пролетного строения с различной конструкцией узлов главных балок в его поперечном сечении, позволяет упростить конструкцию за счет сокращения количества элементов и снизить постоянную нагрузку на главные балки, улучшив тем самым технико-экономические показатели пролетного строения.
Расчеты показывают, что общий вес металла исключаемых в средней части поперечного сечения пролетного строения ребер жесткости составляет 2,53 тонны, а общая длина сварных швов этих ребер составляет 121,39 м.
Кроме того, снижение металлоемкости достигается за счет выполнения нижнего пояса главной балки переменной толщины по длине полетного строения. При этом обеспечивается экономия металла за счет приведения в соответствие изменения эпюры несущей способности сечения главных балок с эпюрой внутренних усилий в пролетном строении.
Выбор в качестве материала для главных балок высокопрочной стали 15ХСНД-2 обеспечивает их несущую способность и надежность пролетного строения.
Использование предлагаемого технического решения позволяет снизить массу пролетного строения на 2% по сравнению с ближайшим аналогом и существенно сократить объем сварочных работ.
За счет снижения веса пролетных строений облегчается их транспортировка и монтаж. Кроме того, возможно облегчение и упрощение фундаментов под опоры, что позволяет уменьшить земляные работы.
Таким образом, достигается снижение затрат по металлоемкости и трудоемкости без снижения надежности пролетного строения моста.
На фиг.1 изображен фасад пролетного строения; на фиг.2 - поперечное сечение А-А на фиг.1 и поперечное сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - эпюра нормальных напряжений в нижнем поясе главной балки пролетного строения по типовому проекту; на фиг.4 - эпюра нормальных напряжений в нижнем поясе главной балки по предлагаемому техническому решению.
Пролетное строение моста выполнено разрезным с расчетным пролетом 32,4 м, габарит Г-10+2×1,0, и предназначено преимущественно для автодорожных мостов в северном исполнении с покрытием из дорожных плит (на чертеже не показаны).
Пролетное строение моста содержит металлические главные балки, в частности двутавровые, с вертикальной стенкой 1 (фиг.1, 2), выполненной из сплошного листа, объединенные поверху металлической ортотропной плитой проезжей части. Последняя включает жестко соединенные с главными балками поперечные балки 2, настильный лист 3 и продольные ребра 4. К вертикальной стенке каждой из поперечных балок приварен пояс 5 (фиг.2) и домкратное ребро 6, укрепленное снизу опорным листом 7.
К вертикальным стенкам 1 главных балок приварен нижний пояс 8, 9 переменной толщины по длине пролетного строения. В предлагаемом примере толщина стенок главных балок составляет 14 мм, толщина нижнего пояса 8-32 мм, толщина нижнего пояса 9-40 мм, при этом по длине пролетного строения они размещены по схеме: 32 мм/9,5 м - 40 мм/14 м - 32 мм/9,5 м.
К вертикальным стенкам главных балок, расположенных в местах опирания пролетного строения на опорные элементы, приварены внешнее и внутреннее вертикальные поперечные ребра жесткости 10 и 11 соответственно, расположенные между поясом поперечной балки и нижним поясом главной балки и жестко прикрепленные к ним. Остальные главные балки пролетного строения выполнены без ребер жесткости.
На торцах пролетного строения приварены вертикальные и горизонтальные фасонки 12 и 13 соответственно (фиг.2). Водоотвод с пролетного строения осуществляется с помощью водоотводных лотков (на чертеже не показаны), устроенных на консольной части ортотропных плит.
2
Для изготовления главных балок использована сталь 15ХСНД-2 по ГОСТ 6713-91 с пределом текучести 35000 тс/м.
Пролетное строение моста работает следующим образом.
Вертикальная нагрузка от автотранспортных средств передается через конструктивные слои дорожной одежды проезжей части на ортотропную плиту, а именно, на настильный лист 3 (фиг.1, 2) с продольными ребрами 4. Эта нагрузка распределяется посредством поперечных балок 2 на главные балки пролетного строения.
Удаление поперечных ребер жесткости в средней части пролетного строения моста приводит к исключению мест концентрации напряжений в нижнем поясе главной балки (фиг.3, 4), улучшая тем самым ее работу.
Проведенные расчеты показывают, что пролетное строение моста, выполненное в соответствии с предлагаемой полезной моделью, при загружении нагрузками по ГОСТ Р 52748-2007, соответствует требованиям СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы» по прочности и местной устойчивости.
Сравнительный анализ расчета пролетных строений
Наименование параметра проверки
Коэффициент запаса для пролетного строения, выполненного по типовому проекту
Коэффициент запаса для пролетного строения, выполненному по предлагаемому проекту
Максимальные нормальные напряжения в нижнем поясе главной балки
1,212
1,222
Максимальные касательные напряжения в стенке балки
2,839
2,769
Максимальные главные напряжения в стенке балки
1,334
1.369
Местная устойчивость стенок сплошных главных балок при нагрузке А 14, рассчитанной по МКЭ
6,903
5,763
Местная устойчивость опорных ребер жесткости
2,917
2,917