ГОФРИРОВАННЫЙ НЕСУЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ПЕРЕСЕКАЮЩИХ ТЕЛО ДОРОЖНОЙ НАСЫПИ ТРУБЧАТЫХ МОСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗАМКНУТОГО ИЛИ АРОЧНОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ

Полезная модель относится к области строительства, а именно транспортным сооружениям на железных и автомобильных дорогах: мостам через водотоки, водопропускным трубам и другим сооружениям тоннелеобразной формы.
Известен стальной гофрированный несущий элемент в составе арочного водопропускного сооружения в дорожной насыпи (Михайловский Л.Е., Беляев B.C., Вербух Н.Ф., Дассек В.В. Применение конструкций из стальных гофрированных элементов на вечной мерзлоте. Научные труды ОАО ЦНИИС, вып. №242 «Строительство железных и автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты». М., 2007, стр.81-98), в котором последний, выполняя роль основных элементов несущих конструкций, одновременно служит и для перераспределения нагрузки между стальной конструкцией и грунтом (принцип стале-грунтового взаимодействия). Недостаток такого элемента состоит в недостаточной его несущей способности при увеличении высоты насыпи или увеличении ширины отверстия в свету трубчатой мостовой конструкции.
Наиболее близким к заявляемому является канадский сдвоенный несущий элемент из плит Bridge-Plate 400×150 мм в рамках технологии Super-Span, по которой гребни волны нижнего ряда листов соединяются болтами с впадинами верхнего ряда (Handbook of Steel Drainage. Highway Construction products. Second Canadian Edition, 2002). По сравнению с аналогом этот элемент обладает увеличенной прочностью в осевом направлении (вдоль сооружения) и увеличенной прочностью при изгибе. Однако недостатком этого сдвоенного стального гофрированного элемента является то, что при определенных пределах он также исчерпывает свои возможности по несущей способности.
Задача предлагаемой полезной модели состояла в повышении ее прочности при изгибе с целью расширения промышленной применимости в сооружениях тоннелеобразной формы с отверстием в свету до 20 м.
1
2
1
2
Для достижения указанного технического результата гофрированный несущий элемент для пересекающих тело дорожной насыпи трубчатых мостовых конструкций замкнутого или арочного поперечного сечения, содержит два гофрированных стальных листа с общими размерами в плане B и B, расположенные параллельно друг над другом на расстоянии «d». Гофрированный несущий элемент содержит центральный участок размерами соответственно вдоль гофра и поперек «С» и «f». и концевые участки для соединения со смежными несущими элементами. Длина этих участков равна, соответственно, «а» и «b», при этом B=С+2а, В=f+2b. Между гофрированными листами расположены трубы внешним диаметром «d», которые ориентированы поперек гофра, имеют длину f, соединены жестко вплотную попарно и в пределах центральной части элемента размером «С» расположены с разрывом «р» между парами, при этом трубы по их длине в местах касания с гофрами жестко к ним присоединены.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где представлены:
1
2
на фиг.1 - план гофрированного несущего элемента с размерами В и В;
на фиг.2 - сечение Б-Б на фиг.1 гофрированного несущего элемента;
на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2 гофрированного несущего элемента;
на фиг.4 - общий вид арочного сооружения, выполненного из гофрированных несущих элементов;
на фиг.5 - гофрированный несущий элемент из одного листа (аналог);
на фиг.6 - гофрированный несущий элемент из двух листов (прототип).
1
2
1
2
Гофрированный несущий элемент 1 (фиг.1) для пересекающих тело дорожной насыпи трубчатых мостовых конструкций замкнутого или арочного поперечного сечения содержит два гофрированных стальных листа 2 (фиг.2) с общими размерами в плане В и В, расположенные параллельно друг над другом на расстоянии d. Между гофрированными стальными листами расположены стальные трубы 3 (фиг.2 и 3) внешним диаметром d с толщиной стенки g, которые ориентированы поперек гофра. Гофрированный несущий элемент 1 содержит центральный участок размерами соответственно вдоль гофра и поперек «С» и «f» (фиг.2 и 3) и концевые участки для соединения с аналогичными смежными несущими элементами. Длина этих участков равна, соответственно, «а» и «b» (фиг.2 и 3). Стальные трубы 3, которые расположены между гофрированными стальными листами 2, имеют длину «f» (фиг.2), соединены жестко вплотную попарно (фиг.3) и в пределах центральной части гофрированного несущего элемента размером «С» расположены с разрывом «p» между парами (фиг.3). Трубы 3 по их длине в местах касания с гофрами жестко к ним присоединены, а размер разрыва «р» определяют из условия обеспечения гофром устойчивости при продольном сжатии. Общий размер в плане (фиг.1) гофрированного несущего элемента 1 определяется соотношениями: B=С+2а, B=f+2b. Все перечисленные размеры подбираются прочностным расчетом для каждого конкретного сооружения. Требуемую кривизну верхнего и нижнего гофров создают до объединения их вместе с трубами в единое жесткое сечение.
Гофрированный несущий элемент для пересекающих тело дорожной насыпи трубчатых мостовых конструкций замкнутого или арочного поперечного сечения работает следующим образом.
После создания путем монтажа на месте из гофрированных несущих элементов трубчатой мостовой конструкции замкнутого или арочного поперечного сечения (фиг.4) и последующей отсыпки насыпи на готовое сооружение сверху воздействует грунт вышележащей насыпи и нагрузка от поезда или автомобилей. В результате каждый гофрированный несущий элемент работает на сжатие в осевом направлении и на изгиб. При этом для гофрированного несущего элемента 1, показанного на фиг.5, увеличение толщины слоя грунта над конструкцией может оказаться недопустимым, и тогда проблема решается увеличением площади сечения несущего элемента, например, сдваиванием гофрированных стальных листов, как показано на фиг.6. Однако и сдвоенный гофрированный элемент может оказаться недостаточно прочным и устойчивым при определенных размерах.
В предлагаемом техническом решении трубы играют роль стенки условного двутаврового сечения, поскольку жестко соединены попарно между собой и прикреплены к верхнему и нижнему гофрам, а гофры - роль поясов. В данном случае стенка имеет вдоль гофров сквозное сечение типа «фермы Виренделя», при этом существенно увеличен момент инерции гофрированного несущего элемента, что повышает прочность при изгибе.
Эффективность предлагаемого технического решения гофрированного несущего элемента по сравнению с прототипом (сдвоенным гофрированным листом, фиг.6) заключается в том, что, раздвигая верхний и нижний гофры на величину «d» и при этом обеспечивая единство сечения, мы с помощью листов с малыми гофрами можем обеспечить тот же или более высокий момент инерции сечения, чем из сдвоенных элементов с крупными гофрами, стоимость которых и стоимость их изгиба значительно выше.