ПОНТОННЫЙ МОСТ

Предлагаемый понтонный мост предназначен для круглосуточной эксплуатации в черте города при низкой температуре и больших перепадах уровня воды в реке, замерзающей в зимнее время. Предназначен для пропуска автотранспорта и пешеходов.
Известен наплавной, самоходный, самобалластирующий, поворотный мост, содержащий шарнирную систему, охватывающий, по меньшей мере, первую насыпь и вторую насыпь, причем система содержит: основной корпус моста, имеющий проезжую часть на его верхней поверхности для обеспечения возможности транспортного и/или пешеходного движения; запирающий механизм на первом конце основного корпуса моста для соединения с первым дополнительным запорным механизмом на первой насыпи, систему поворота на втором конце основного корпуса моста и самодвижущуюся систему, обеспечивающей судоходный путь при помощи перемещения основного корпуса моста между закрытым положением, охватывающим, по меньшей мере, часть водного пути и открытым положением, позволяя судоходство через водный путь, основной корпус имеет структуру понтонов, содержит балластную систему, каждый понтон снабжен балластными цистернами и балластными насосами для подъема или опускания моста, чтобы проезжая часть моста всегда находилась на той же высоте, что и проезжие части на суше [1].
Известен понтонный мост, принятый за прототип, включающий, состыкованные в продольном направлении понтоны, попарно соединенные между собой посредством стыковых узлов, в котором понтоны содержат балластные цистерны, соединенные друг с другом по принципу сообщающихся сосудов, ведущий (моторный) понтон снабжен насосной станцией, откачивающей воду из балластных цистерн, соответственно при погружении понтонов при увеличении нагрузки и/или уменьшения уровня воды в реке для увеличения их плавучести, или закачивающей воду в балластные цистерны при всплывании понтонов при уменьшении нагрузки и/или увеличения уровня воды в реке для снижения их плавучести. [2].
К общему недостатку известных изобретений относится невозможность обеспечения эксплуатации понтонного моста при критическом понижении уровня воды, например, в мелководной реке в зимнее время.
В результате возникают трудности в устройстве переходов с моста на берег. В некоторых случаях перепады уровней могут достигать нескольких метров и эксплуатация понтонного моста становится невозможной. Причиной таких колебаний может быть отказ системы автоматики, поддерживающей равенство уровней полотна моста и дорожного полотна на берегах, а также внезапные сбросы воды со шлюзов, обмеление рек, половодье, повреждения трубопроводных систем или нарушение герметичности самих понтонов.
Целью полезной модели является сообщение понтонному мосту дополнительной плавучести и остойчивости при аварийном, неконтролируемом опускании понтонного моста относительно берега до соприкосновения с дном реки в случае названных выше причин и возвращение мосту его эксплуатационных свойств.
Указанная цель достигается тем, что в понтонном мосту, включающем состыкованные в продольном направлении понтоны, попарно соединенные между собой посредством стыковых узлов, в котором понтоны содержат балластные цистерны, соединенные друг с другом по принципу сообщающихся сосудов, ведущий понтон снабжен насосной станцией, автоматически откачивающей воду из балластных цистерн, соответственно при погружении понтонов при увеличении нагрузки и/или уменьшения уровня воды, например, в реке для увеличения их плавучести, или закачивающей воду в балластные цистерны при всплывании понтонов при уменьшении нагрузки и/или увеличения уровня воды для снижения их плавучести и шлюз, на внешней стороне днища понтонов смонтированы эластичные, например, резиновые камеры, в каждом понтоне установлены баллоны с сжатым воздухом, соединенные с эластичными камерами и с общей системой автоматики моста, с возможностью подачи в эластичные камеры сжатого воздуха для дополнительного увеличения плавучести и остойчивости моста в случае аварийного отказа автоматики или повреждения трубопроводной системы закачки или откачки воды из балластных цистерн, или самих балластных цистерн и погружения моста с падением уровня воды, понтонный мост имеет аварийную систему автоматики подачи и выпуска из эластичных камер сжатого воздуха с возможностью удерживания полотна моста и дорожного полотна на берегу на одном уровне сколь угодно долго при любом уровне воды в реке и любой внешней нагрузке.
Кроме того, понтоны имеют в поперечном направлении сквозные отверстия, образованные, например, трубами большого диаметра для пропуска воды по ходу течения через понтонный мост для уменьшения давления воды или шуги во время ледохода.
Кроме того, при аварийном отключении автоматики или прекращении откачки или закачки воды в балластные цистерны, понтонный мост со стороны шлюза имеет на берегу аварийную насосную станцию с возможностью быстрого присоединения трубопроводной системы понтонов к аварийным насосам.
Кроме того, шлюз, в который входит своим концом понтонный мост, имеет высоту и глубину стенок, достаточную для полного всплывания или погружения понтонного моста в зависимости от крайних положений уровня зеркала воды.
Кроме того, последний понтон моста не выходит за пределы шлюза для обеспечения прямолинейного передвижения моста и соединения с береговыми системами электроснабжения, а также для установки аппарелей.
Кроме того, понтонный мост имеет возможность при необходимости, принудительно колебаться с небольшой амплитудой в вертикальной плоскости для освобождения примерзших понтонов путем автоматической, синхронной закачки и откачки воды из балластных цистерн.
Кроме того, боковая поверхность понтонов имеет антиледовое покрытие в пределах зон образования льда для исключения вмерзания понтонного моста в лед.
Обозначения рисунков
Фиг. 1 Понтонный мост, вид сбоку и эластичными камерами в сжатом состоянии при максимальном уровне воды в реке.
Фиг. 2 Понтонный мост, вид сбоку при минимальном и критическом уровне воды в реке и заполненными сжатым воздухом эластичные камеры, создающие дополнительную плавучесть и остойчивость понтонному мосту при приближении понтонов к дну канала и шлюза.
Фиг. 3 Понтон, поперечный разрез А-А с эластичными камерами в сжатом (собранном) состоянии.
Фиг. 4. Понтон, поперечный разрез В-В с эластичными камерами в рабочем состоянии (надутым под определенным давлением воздухом) при аварийных ситуациях.
Описание конструкции и работы понтонного моста, фиг. 1 - фиг. 4
c
с
с
д
Работа понтонного моста подробно описана в патенте РФ 158150 при нормальных геологических условиях и небольших перепадах уровня воды в реке. Однако ситуация изменяется, если река, находящаяся в населенном пункте в условиях севера, находится, например между искусственным водохранилищем и системой шлюзов, непрерывно работающих для обеспечения судоходства. Примером может служить Рыбинское водохранилище и система шлюзов Волго-Балтийского канала, обеспечивающая шлюзование судов от г. Череповца до г. Санкт-Петербурга. Перепады уровня воды в реке могут достигать 4 метров, особенно в зимнее время. В этих условиях запаса плавучести понтонному мосту может не хватить и он начнет опускаться вместе с уровнем зеркала воды. Это же может произойти и в других описанных выше случаях. В нормальных условиях, когда колебания уровня воды минимальны, при уменьшении уровня воды и возрастании внешней нагрузки понтонный мост 1 будет удерживаться на одном уровне с дорожным полотном 2 на берегу 11, пока вся вода 3 не будет откачана из балластных цистерн 4, а подъемная сила P не станет равной нулю и, наоборот, при увеличении уровня волы и снижении внешней нагрузки, понтонный мост 1 также будет удерживаться на одном уровне с дорожным полотном 2 на берегу 11, пока все балластные цистерны 4 не будут полностью заполнены водой 3, а подъемная сила P достигнет максимума. В случае аварийного отключения автоматической трубопроводной системы водяных насосов (условно не показана) и/или повреждения понтонов 5, данный процесс нарушится и понтонный мост 1 начнет подниматься или опускаться относительно дорожного полотна 2 на берегах в зависимости от сочетания уровня воды и внешних нагрузок на момент аварии. Понтонный мост 1, настроенный на самый высокий уровень воды и максимальную внешнюю нагрузку, выше берегов не поднимается. Но мост может опуститься ниже минимально возможного уровня, приблизившись к критическому на величину ∆, и настолько, что аппарели 6 могут оказаться недопустимо крутыми и съезд, и въезд на берега окажется невозможным. При этом балластные цистерны 4 будут полностью опорожнены, подъемная сила P станет равна нулю. Для исключения этой ситуации, на внешней стороне днища 7 понтонов 5 смонтированы эластичные, например, резиновые камеры 8, в каждом понтоне 5 установлены баллоны 9 с сжатым воздухом 10, соединенные с эластичными камерами 8 и с общей системой автоматики моста (условно не показана) с возможностью подачи или выпуска из них сжатого воздуха 10 для дополнительного увеличения (или уменьшения) плавучести и остойчивости понтонного моста 1 в случае аварийного отказа автоматики или повреждения трубопроводной системы закачки или откачки воды в балластные цистерны, или самих балластных цистерн 4 и погружения моста 1 с падением уровня воды. При срабатывании аварийной системы автоматики (условно не показана) во всех понтонах 5 включаются в работу баллоны 9 и сжатый воздух 10 поступает в эластичные камеры 8, которые, расширяясь, вытесняют воду под понтонами 5, создавая дополнительную подъемную силу моста P, заставляющую всплывать понтонный мост 1 в аварийных ситуациях или обеспечивающую остойчивость моста при неконтролируемом погружении. При этом аварийная система автоматики подачи (условно не показана) и выпуска из эластичных камер 8 воздуха 10 имеет возможность удерживать полотно моста и дорожное полотно берега на одном уровне сколь угодно долго.
Режимы (варианты) работы систем понтонного моста.
1. Нормальный режим, (фиг.1 и фиг. 2). Уровень воды в рек, озере, заливе достаточный для обеспечения плавучести понтонного моста 1 и удержания его полотна на одном уровне E с уровнем E дорожного полотна на берегах 11. Автоматическая трубопроводная система водяных насосов, регулирующая закачку или откачку воды из балластных цистерн 4 нормально работает. Идет контролируемая осадка или всплытия понтонов 5 моста 1 независимо от сезонных колебаний уровня воды.
2. Аварийный режим 1. (фиг. 3 - фиг. 4).
Отключается автоматическая трубопроводная система водяных насосов. Возникают неконтролируемые колебания понтонного моста 1 относительно берегов 11. Включается аварийная система подачи сжатого воздуха 10 из баллонов 9 в эластичные камеры 8, которые приобретают объемную форму и создают тем самым понтонам 5 дополнительную плавучесть. Меняя объем эластичных камер 8, регулируют осадку понтонного моста 1 до значения, необходимого для поддержания моста 1 на одном уровне с дорожным полотном на берегах. После устранения аварии и возобновления работы автоматической трубопроводной системы водяных насосов аварийная система подачи сжатого воздуха 10 из баллонов 9 отключается и эластичные камеры 8 возвращаются в исходное состояние при выпуске из них сжатого воздуха 10 и самопроизвольного сжатия в плоскость за счет собственной упругости материала.
3. Аварийный режим 2. (фиг. 3 - фиг. 4)
с
д
Автоматическая трубопроводная система водяных насосов работает, но уровень воды в реке падает, а внешняя нагрузка растет (разрушение плотины, прекращение работы шлюзов и др.) Запас плавучести P быстро растет, но при полной откачке воды из балластных цистерн 4 исчезает и мост1 начинает опускаться относительно берегов 11 вместе с уровнем воды в реке. Движение по мосту 1 становится невозможным. В этот момент включается аварийная система подачи сжатого воздуха 10 из баллонов 9 в эластичные камеры 8, создавая дополнительную плавучесть P понтонному мосту 1 и его подъем до уровня дорожного полотна берегов 11, независимо от того, достиг ли или не достиг мост 1 минимального или критического уровня воды или сел на дно 12 канала 13, находящегося под понтонным мостом 1. Регулируя объем эластичных камер 8, поднимают мост 1 до уровня полотна берегов 11 и сохраняют это состояние до устранения аварии.
4. Аварийный режим 3. (фиг. 3 - фиг. 4)
Судоходство отсутствует ввиду обмеления реки в зимнее время. В реке устанавливается минимальный уровень воды в реке на длительный срок. В этом случае роль регулятора вертикальных перемещений понтонного моста 1 и обеспечения равенства уровней E и C берет на себя аварийная система подачи сжатого воздуха 10 из баллонов 9 в эластичные камеры 8, которая, при отсутствии естественной плавучести моста 1, воспринимает всю внешнюю нагрузку моста, в том числе и его собственный вес в этот период, обеспечивая нормальную эксплуатацию моста несмотря на отключенную в это время, автоматическую трубопроводную систему водяных насосов. Мост 1 устойчиво стоит на эластичных камерах 8, как на опорах, при этом аварийная система подачи сжатого воздуха 10 из баллонов 9 в эластичные камеры 8 продолжает контролировать вертикальные перемещения моста 1 от внешней нагрузки, дублируя автоматическую трубопроводную систему водяных насосов. При наступлении периода подъема уровня воды в реке, аварийная система подачи сжатого воздуха 10 из баллонов 9 в эластичные камеры 8 постепенно снижает контроль за счет появления естественной плавучести моста и началом работы автоматической трубопроводной системы водяных насосов. То- есть мост продолжает функционировать и во время аварийных ситуаций, независимо от того, стоит ли он на воде или на эластичных камерах 8, как на опорах.
Источники информации:
1. Патент США 8599085
2. Патент РФ 158150