ЛЕГКОПРОЛЕТНОЕ СТРОЕНИЕ
LIGHT-SPAN STRUCTURE

Изобретение относится к области транспорта, в частности к транспортным системам с путевой структурой, родственной путям эстакадного типов. Оно может быть использовано в различных природных условиях при создании виадуков, переправ через реки, овраги, как мостовые несущие пролетные строения для транспортных средств и для продвижения людей.
Известен ряд технических устройств аналогичного назначения, в том числе содержащих несущие фермы и транспортное полотно. Эти конструкции на оптимальных пролетах способны в основном нести только свой вес, а для обеспечения передвижения по ним транспортных средств требуют значительного усиления транспортного пояса в виде ортотропной конструкции, или дополнительных растяжек, что усложняет и удорожает изготовление и сооружение такого пролетного строения. Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции узлов главных ферм и снижение погонного веса и стоимости за счет полного включения конструктива ортотропной плиты в совместную работу с добавленными в верхние пояса продольных несущих прогонами пролетного строения.
Известно пролетное строение патент №2243314 [1]. Изобретение относится к мостостроению, а именно к металлическим пролетным строениям, которые могут найти применение в эстакадах, пешеходных мостах или галереях. Пролетное строение включает криволинейную в поперечном направлении главную балку, снабженную продольными поясами жесткости, настил для пропуска полезной нагрузки и защитное светопрозрачное покрытие. Главная балка выполнена U-образной формы из металлического листа с прикрепленными к его внутренней поверхности с определенным шагом поперечными диафрагмами, имеющими в средней части горизонтальные площадки, на которых уложен настил для пропуска полезной нагрузки, выполненный в виде стальных плит, подкрепленных ребрами жесткости, а поперечные элементы усиления выполнены в виде прикрепленных снаружи к металлическому листу и продольному поясу жесткости балок жесткости. Технический результат изобретения состоит в создании рациональной, долговечной конструкции пролетного строения.
Недостаток данного технического решения в том, что не используются повышающие несущую способность и жесткость дополнительные несущие продольные прогоны.
Известно металлическое железнодорожное пролетное строение патент РФ 2380476 [2], включающее главные фермы с треугольной решеткой, имеющей верхние и нижние пояса, проезжую часть, выполненную в виде одноярусной ортотропной плиты. Передача нагрузки с ортотропной плиты проезжей части осуществляется за счет прикрепления поперечных балок в узлах ферм. Недостатком известного металлического железнодорожного пролетного строения является сложность исполнения и сборки узлов главных ферм нижнего пояса, а также неполное включение ортотропной плиты в совместную работу с нижним поясом пролетного строения.
Такое решение приводит к увеличению сечений элементов пролетного строения и, соответственно, к повышению его веса и стоимости.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является пролетное строение моста - патент РФ №2119991 от 08.07.97, кл. МКИ E01D 19/12. [3] принято за прототип. Пролетное строение содержит сквозные фермы с ездой на балласте, включающее главные фермы с треугольной решеткой, имеющие верхние и нижние пояса, стойки и раскосы, узлы фермы в местах соединения стоек и раскосов с нижним поясом, разделяющие нижний пояс на панели, проезжую часть, выполненную в виде одноярусной ортотропной плиты, расположенной в уровне нижних поясов и состоящей из настильного листа, подкрепленного продольными ребрами и поперечными балками, и опирающийся на ортотропную плиту рельсовый путь на балласте, отличающееся тем, что поперечные балки ортотропной плиты прикреплены к нижним поясам вне зоны расположения узлов ферм, ортотропная плита состоит по ширине в каждой панели из трех блоков, при этом нижний пояс снабжен опорными столиками, а настильный лист прикреплен к опорным столикам.
Недостатком указанной конструкции является большой погонный вес и низкая удельная - на единицу собственного веса несущая способность пролетного строения. Целью изобретения является применение легкопролетного строения в качестве трассы для транспортных устройств, в том числе легкового и малогрузового, например транспорта весом до пяти-десяти тонн брутто, а также повышения эффективности транспортной системы за счет обеспечения движения на ней в прямом, и в обратном направлениях без изъятия земли под трассу, причем шаг опор порядка 50 метров, что позволяет решить задачу уменьшения стоимости строительства, а также снижения материалоемкости конструкции при сохранении ее надежности и долговечности. Задачей настоящего изобретения является также упрощение конструкции и снижение веса и стоимости пролетного строения за счет добавления продольных прогонов верхнего пояса и полного включения несущей способности пролетного строения в совместную работу с конструктивом транспортной ортотропной плиты за счет устройства замкнутых горизонтальными перемычками на вертикальные стойки - фахверки портальных рамок - что обеспечивает кратное увеличение общей несущей способности пролетного строения. Перспективно применение изобретения и в виде мостов на малых реках, переходов через авто и железные дороги.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ (сведения о совокупных существенных признаках). Достигаемые технические результаты-цели применения изобретения заключается в сокращении металлоемкости пролетного строения за счет оптимального распределения нагрузки и улучшения работы конструкции, повышении его несущей способности, изгибной жесткости и жесткости при скручивании в поперечном направлении пролетного строения, что достигается как за счет относительного увеличения строительной высоты ферм и добавления продольных несущих элементов в верхний пояс, так и за счет конструктивного исполнения узлов сопряжения элементов конструкции. Существенно, снижается трудоемкость изготовления и упрощается монтаж вплоть до применения только бессварочных болтовых соединений.
Технический результат достигается за счет того, что в легкопролетном строении, содержащем минимум две параллельные плоские продольные фермы, включающие каждая нижние и верхние пояса из продольных силовых несущих элементов связанных вертикальными стойками фахверками, причем нижние и верхние продольные силовые несущие элементы каждой из ферм связаны между собой поперечными нижними и верхними силовыми несущими горизонтальными перемычками, новым является то, что применены новые конструктивные решения, а именно - в поперечных сечениях пролетного строения вертикальные стойки -фахверки ферм вместе с горизонтальными поперечными верхними и нижними перемычками между фермами образуют замкнутые несущие портальные рамки, причем на нижних перемычках размещены дополнительные продольные элементы прогоны нижнего пояса, а к верхним перемычкам закреплены дополнительные продольные несущие элементы прогоны верхнего пояса составляют совокупной суммарной площадью поперечного сечения равной до 90 процентов площади поперечного сечения дополнительных нижних продольных элементов прогонов. Кроме того длина шага портальных рамок вдоль оси ферм выполнена менее чем в два раза высоты портальных рамок, а в узлах соединения нижние и верхние пояса ферм и стойки и перемычки портальных рамок расположены взаимно под углом накладываясь друг на друга и скреплены взаимно скрещивающимися в трех взаимно перпендикулярных направлениях в пространстве тремя болтами-шпильками образуя узел трехкоординатной фиксации трех продольных и поперечных элементов, также на уровне нижнего, или верхнего, или на обоих поясах ферм выполнена транспортная ортотропная плита, в том числе с настильным листом.
Проведенный заявителем анализ конструкций устройств, включающий поиск по патентным и научно техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения позволяет установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся совокупными признаками тождественными существенными признакам заявляемого изобретения. Определение из аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию "новизна". Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений чтобы выявить признаки совпадающие с отличительными от прототипа признакам. Результаты поиска показали, что совокупность существенных признаков в заявленном изобретении не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники т.к. из последнего не выявлено влияние предписываемых заявленным решением преобразований характеризуемых отличительными от прототипа существенным признакам, на достижение технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретение как технического решения критериальному условию - изобретательский уровень.
Может казаться неочевидным, но применения в пролетном строения относительно большей строительной высоты и дополнительного усиленного продольными элементами как нижнего, так и верхнего и связи этих существенно разнесенных по высоте поясов портальными рамками обеспечивает совместную несущую способность очевидно существенно увеличенную при одинаковых расходах материала по сравнению с известными конструктивными решениями.
На прилагаемых графических материалах изображено:
на фиг. 1 легкопролетное строение, вид сбоку
на фиг. 2 легкопролетное строение вид сверху.
на фиг 3 легкопролетное строение - двухэтажный вариант - вид сбоку
на фиг. 4 легкопролетное строение, поперечный разрез а-а фиг. 1.
на фиг. 5 и фиг. 6 варианты стыковки продольных силовых несущих элементов.
фиг. 7 поперечное сечение легкопролетного строения с узлами крепления нижнего и верхних дополнительных продольных несущих прогонов с поперечными горизонтальными нижними и верхними перемычками
на фиг. 8 крепление продольных элементов к поперечным несущим перемычкам на
фиг. 9, 10, 11 - три проекции узлов соединения вертикальных стоек и горизонтальных поперечин портальных транзитных рамок с продольными поясами ферм.
НА графических материалах приняты следующие обозначения: ферма-1; нижний продольный пояс фермы-2; верхний продольный пояс фермы-3 фахверковая стойка-4, поперечные нижние несущие горизонтальные перемычки-5 ортотропного конструктива нижнего пояса, поперечные верхние несущие горизонтальные перемычки-6, замкнутые портальные рамки-7, дополнительные продольные несущие элементы - прогоны верхнего пояса-8, дополнительные продольные несущие элементы прогоны нижнего пояса-9 ортотропного конструктива нижнего пояса, внутренние (фиг. 5) или наружные (фиг. 6) вставки -10 стыковки продольных силовых несущих элементов прогонов, болты-шпильки-11 трехкоординатного узла фиксации, элементы соединения-12 (уголки крепления) дополнительных верхних и нижних продольных несущих прогонов с горизонтальными поперечинами, элемент продольной жесткости-13 (лист с разнесенными точками крепления - болтовым, заклепочными, или сваркой). Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического и прочего результата, заключаются в следующем:
Легкопролетное строение используется и работает следующим образом. Элементы пролетного строения выполняются например из труб. В трубы можно встроить и предварительно натянуть прочные металлотросы). Трубы используются в том числе прямоугольного сечения. Такие трубы обычно изготавливаются длиной одиннадцать с половиной метров, поэтому при пролете длиной порядка 50 метров продольный пояс и прогоны выполняются стыковкой труб секциями по одиннадцать метров. Для изготовления горизонтальных перемычек и вертикальных стоек-фахверков используются такого же типа трубы, но чаще по расчету меньшего сечения. При варианте габаритов легкопролетного строения - ширина триметра, высота шесть метров и использовании в качестве продольных несущих элементов труб размерами 100 на 100 мм со стенкой 5 мм - и общей длиной пролета 55 метров (кратно 11 м). при сечении с 6 прогонами сверху и 6 прогонами снизу вес одного метра 12 прогонов составит 14.6 кг. умножить на 12, равно - 176 кг, плюс от портальных рамок общей длиной 18 метров (при сечении пролетного строения 3 м на 6 м) из трубы 80 на 80 мм и стенкой 5 мм, вес одного метра 11.4 кг умножить на 18 м - получим 205 кг и разделив на шаг рамок длиной 2.5 метра получим около 80 кг на метр. Итого погонный вес такого легкопролетного строения составит 80 кг плюс 176 кг - равно 256 кг. Округлим до 300 кг на метр и примем цену за металл с монтажом 60 руб за килограмм - получим умножив 300 кг на 60 руб за кг - 18 тыс. руб за один погонный метр пролетного строения. По такому пролетному строению - секциями с пролетом 55 метров можно перемещать не только пешеходов, но и транспортное средство автомобиль весом около десяти тонн. При этих параметрах 55 м пролетное строение будет стоить 990 тыс. руб - менее миллиона руб. Если же по данному конструктиву изготовить и смонтировать пешеходный переход с шириной 2 метра и меньшим количеством дополнительных продольных несущих прогонов, то стоимость и вес одного метра пролетного строения обеспечат суммарную стоимость одного метра около 15 и даже 10 тыс. руб за метр и соответственно за 55 метровое пролетное строение 550 тыс руб. Такие стоимости вполне смогут оперативно решить проблемы пешеходных переходов, которые сейчас строятся по ценам порядка полмиллиона руб. за один метр пролетного строения (пролетное строение 55 метрового пешеходного перехода стоит около 27 млн. руб.) - в 10 кг раз больше. Также по низкой стоимости можно будет решить проблемы бездорожья при выездах малогрузового (в частности) автотранспорта из сельских поселений на автотрассы на расстояния порядка одного километра - т.е. пусть за 20 млн. - в то время как при действующих СЕЙЧАС ценах - это существенно более 100 млн. руб. - причем 20 млн.руб.- это при размещении трассы легкопролетного строения на опорах высотой например 6 метров с пролетами 55 метров, при этом нет отчуждения земельных угодий и обеспечена экологичность. И главное - строительно монтажные работы могут быть выполнены существенно быстро техническими возможностями и силами местного населения. Также перспективно использование предлагаемого технического решения легкопролетного строения на опорах высотой например 6 метров с пролетами 55 метро в и менее в городах для транспортных развязок и, в том числе, с использованием новых, в том числе, автономных видов электротранспорта так называемого второго уровня. Автомобильный транспорт как система, создавая иллюзию свободы передвижения, расходует ресурсы, гнобит экологию и технически тормозит цивилизацию. Большинство автомобилей могут двигаться со скоростями, в разы превышающими пропускную способность дорог и улиц. Безопасность движения на автодорогах в сравнении с другими видами транспорта принципиально отсутствует. Также для существующих наземных автомобильных дорог нужна земляная насыпь, которая требует больших затрат при строительстве и не обеспечивает необходимой несущей прямолинейности по рельефу местности для экономичного движения транспорта. Зимой эти дороги требуют регулярной очистки от снега и льда.
В предлагаемом варианте легкопролетное строение предполагается с выполнением как в неразрезном, так и разрезном конструктиве, что зависит от перекрываемых пролетов и прочих конкретных условий. Вопросы о компенсации температурных деформаций для избежания снижения несущей способности решаются обычными техсредствами, например обеспечение подвижности опор, другими необходимыми техническими решениями соответственно конкретным условиям.
Таким образом, вышеизложенные сведения и описания свидетельствует о выполнении при использовании заявленного легкопролетного строения со следующей совокупностью существенных признаков - легкопролетное строение, содержащее минимум две параллельные плоские продольные фермы, включающие каждая нижние и верхние пояса из продольных силовых несущих элементов связанных вертикальными стойками фахверками, причем нижние и верхние продольные силовые несущие элементы каждой из ферм связаны между собой поперечными нижними и верхними силовыми несущими горизонтальными перемычками отличающееся тем, что - в поперечных сечениях пролетного строения вертикальные стойки - фахверки ферм вместе с горизонтальными поперечными верхними и нижними перемычками между фермами образуют замкнутые несущие портальные рамки, причем на нижних перемычках размещены дополнительные продольные элементы прогоны нижнего пояса, а к верхним перемычкам закреплены дополнительные продольные несущие элементы - прогоны верхнего пояса совокупной суммарной площадью поперечного сечения равной до 90 процентов площади поперечного сечения дополнительных нижних продольных элементов - прогонов. При этом длина шага портальных рамок вдоль оси ферм может быть выполнена меньше половины высоты портальной рамки, а в узлах соединения нижние и верхние пояса ферм, стойки и горизонтальные перемычки портальных рамок расположены взаимно под углом накладываясь друг на друга и скреплены взаимно скрещивающимися в трех взаимно перпендикулярных направлениях в пространстве тремя болтами-шпильками образуя узел трехкоординатной фиксации трех продольных и поперечных элементов, также на уровне нижнего, или верхнего, или на обоих поясах ферм выполнена транспортная ортотропная плита, в том числе с настильным листом.
Для заявленного легкопролетного строения как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения очевидна возможность изготовления с помощью известных средств и методов, и анализ отдельных функциональных применений аналогов подтверждает его работоспособность. Предлагаемое техническое решение способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, что подтверждается принципиальной работоспособностью различных аналогов заявленного изобретения, но без новых технических эффектов, которые могут быть осуществлены при адекватном отличительным признакам формулы изобретения при изготовлении и использовании заявленного технического решения.
Следовательно, заявленное как изобретение техническое решение соответствует критериальному условию "промышленная применимость"
ИСТОЧНИКИ принятые во внимание при экспертизе заявителем.
[1] аналог изобретения,
[2]. аналог изобретения
[3]. - ближайший аналог - принято за прототип.
[4]. Прочая литература УДК 624.21.014(075.8). Проектирование металлических мостов В.М. Картопольцев, С.А. Пуризова. Изд. Томск, гос. архит.-строит. ун-та, 2012.
[5] ПРИЛОЖЕНИЕ 1. примерные расчеты несущей способности и жесткости вариантов исполнения легкопролетного строения.