РАЗБОРНОЕ НАПЛАВНОЕ СООРУЖЕНИЕ
COLLAPSIBLE FLOATING STRUCTURE

Изобретение относится к конструкциям сборно-разборных наплавных сооружений модульного типа на основе идентичных плавучих модулей (плавучих элементов) и может быть использовано в качестве причалов, понтонных переправ или плавучих платформ для выполнения специальных работ, предназначенных для эксплуатации в зонах речных акваторий в неблагоприятных погодных условиях.
Известно сборно-разборное плавучее средство, описанное в изобретении по патенту RU 2654437 С1 МПК В63В 35/00, опубл. 17.05.2018 Бюл. №14, содержащее группу отдельных плавучих модулей в форме параллелепипеда, связанных между собой размещенными по углам узлами сборного разъемного соединения, имеющими фиксирующие устройства и угловые стандартные контейнерные фитинги, при этом корпуса плавучих модулей выполнены пустотелыми или заполнены наполнителем, а на ребрах плавучих модулей расположены два или более стандартных промежуточных фитинга с фиксирующими устройствами, позволяющими стыковку плавучих модулей в шахматном порядке. Применение запатентованного технического решения позволяет упростить технологический процесс транспортировки, сборки и разборки плавучего средства, а также уменьшить время, необходимое для его проведения, однако его использование на практике требует применения специальных узлов шарнирных соединений плавучего средства, характеризующихся невысокой ремонтопригодностью и быстрым износом контактирующих поверхностей в процессе эксплуатации.
Известна плавучая платформа из сборных модулей, описанная в полезной модели по патенту RU 196678 U1 МПК Е02В 17/00, В65В 35/34, В65В 35/38, опубл. 11.03.2020 бюл. №8, содержащая модульные понтоны, имеющие форму параллелепипеда или правильной шестигранной призмы, соединенные друг с другом посредством пальцев, проходящих сквозь отверстия в проушинах, при этом оси отверстий в проушинах ориентированы горизонтально и лежат в плоскостях, совпадающих с боковыми гранями, проушины выполнены одинаковой ширины и расположены с интервалом равным их ширине, на смежных гранях сборного модуля положение проушин смещено на величину равную ее ширине, на ребрах верхней и нижней граней выполнены углубления для проушин соседних сборных модулей, а ширина угловых проушин уменьшена на величину равную половине толщины проушины. Конструктивное исполнение платформы позволяет обеспечить равномерное распределение нагрузки по периметру горизонтальных граней модульных понтонов, и, как следствие, уменьшение общей массы платформы, но практическая реализация во многом зависит от качества изготовления контактирующих поверхностей модульных понтонов, проушин и пальцев и соблюдением требований технологического процесса сборки платформы.
Известна плавучая структура модульного типа на основе напряженно-связанной (вантово-стержневой) конструкции замкнутого типа с большим количеством элементов, узлов и связей между ними, описанная в изобретении по патенту US 10556646 В2 МПК В63В 35/44; В63С 1/02; E01D 15/14, опубл. 11.02.2020. Несмотря на использование таких конструкций в качестве основы крупногабаритных (крупномасштабных) плавучих структур модульного типа (например, искусственных островов), к которым предъявляются требования сохранения эффективности функционирования при различных внешних воздействиях сложного вида (например, при одновременном действии течений и ветровых нагрузок шквального типа), их применение в качестве основы для большинства распространенных типов плавучих структур (понтонов, пирсов, доков, наплавных мостов и сооружений, платформ и т.п.) как правило, не является целесообразным с позиций технико-экономического анализа или же требует пересмотра подходов к их проектировании) и адаптации к особенностям эксплуатации конкретных типов плавучих структур.
Известна плавучая платформа блочно-модульного типа, описанная в изобретении по патенту KR 10-1252709 В1, МПК В63В 35/34, В63В 35/44, E01D 15/14, В63В 9/06, опубл. 10.04.2014, содержащая группу концевых модулей, образованных элементами в форме коробчатого профиля с переменным поперечным сечением и группу центральных модулей (центральный модуль), образованных элементами в форме коробчатого профиля с переменным поперечным сечением (форма и габариты, например, по высоте, отличны от формы и габаритов элементов, образующих группу концевых модулей) и расположенных между концевыми модулями, при этом платформа выполнена с возможностью балластировки посредством заполнения забортной водой части объема группы центральных модулей (центрального модуля) таким образом, чтобы, несмотря на различную плавучесть концевых и центральных модулей, при возникновении внешних возмущающих сил (динамические нагрузки) происходило бы выравнивание результирующей нагрузки, действующей на плавучую платформу. Несмотря на возможности в плане улучшения динамической остойчивости плавучей платформы, которые дает применение подобных методов выравнивания результирующей нагрузки, эффективность применения таких методов во многом зависит от того, насколько система регулирования процесса выравнивания способна реагировать на конкретный тип возмущающих воздействий.
Известен разборный наплавной мост-лента, описанный в полезной модели по патенту RU 179731 U1 МПК E01D 18/00, E01D 15/14, опубл. 23.05.2018 бюл. №15, который состоит из плавучего блока, образованного пенопластовыми плавучими (наплавными) элементами, верхнего покрытия, состоящего из плит верхнего покрытия, нижнего покрытия, состоящего из плит нижнего покрытия, при этом плиты верхнего и нижнего покрытий изготовлены из древесно-слоистых пластиков, оба покрытия и пенопластовые плавучие элементы, размещенные между покрытиями, объединены в жесткую конструкцию стяжными болтами, а по контуру обоих покрытий устроены сплошные обрамления из металлических уголков. Несмотря на простоту конструкции разборного наплавного моста-ленты и широкую распространенность (доступность) используемых в ней материалов, она обладает небольшими прочностью и жесткостью и способна выдерживать только малые нагрузки в условиях отсутствия волнения на воде. Кроме того, предварительно изготовленные в цеховых условиях части конструкции моста-ленты (понтоны) имеют очень большие габариты по длине и ширине, что затрудняет их последующую доставку (возможна только специальным крупногабаритным транспортом повышенной грузоподъемности и проходимости) и установку (возможна только с помощью специальных кранов стрелового типа) в условиях недостаточно оборудованного побережья, а применение подобной технологии сборки и установки конструкции моста-ленты в целом возможно только в случае, если длина моста-ленты не превышает несколько десятков метров.
Известны плавучие платформы блочно-модульного типа на основе однотипных или одинаковых пустотелых пластиковых плавучих элементов коробчатого типа (см. например, изобретения по патенту RU 2508225 С1 МПК В63В 35/44, В63В 35/34, В63В 35/58, В63В 3/06, Е02В 17/00, опубл. 27.02.2014 бюл. №6, по патенту RU 2404498 С1 МПК В63В 35/44, В63В 35/34, В63В 35/00, В63В 3/06, Е02В 17/00, опубл. 20.01.2014 бюл. №2, по патенту RU 2614747 С1 МПК В63В 35/34, В63В 35/44, опубл. 29.03.2017 бюл. №10), соединенных между собой пластиковыми элементами крепления, сделанными из того же материала, что и корпус плавучих элементов и проходящими через выполненные за одно целое с пластиковым корпусом плавучих элементов пластиковые проушины. Конструкция таких плавучих платформ позволяет обеспечить их сборку и монтаж в течение достаточно короткого времени, в т.ч. и в условиях плохо подготовленного побережья, при этом, как правило, не нужно использовать специальную установочную технику и задействовать квалифицированный персонал, обладающий специальной профессиональной подготовкой. Тем не менее, использование таких плавучих платформ невозможно в случаях, когда необходимо обеспечить проезд и нахождение грузового (большегрузного) транспорта, также практически невозможно их использование в речных или прибрежных морских акваториях в условиях сильного волнения.
Известно наплавное сооружение, описанное в заявке на изобретение KR 10-2011-0077539 А МПК E01D15/15, В63В 35/34, опубл. 07.07.2011, состоящее из пустотелых наплавных элементов коробчатого типа с проушинами (проушины для каждого плавучего элемента выполнены как единое целое вместе с корпусом плавучего элемента), объединенных в один или несколько слоев, настила, образованного балками Н-образного профиля, объединенными в два слоя (балки, образующие нижний слой, установлены под прямым углом относительно балок, образующих верхний слой), крепежных элементов и амортизирующих элементов, расположенных между настилом и плавучими элементами. Несмотря на то, что применение амортизирующих элементов позволяет минимизировать эффект влияния раскачивания сооружения (вызванного колебаниями взволнованной поверхности акватории и течениями) на находящихся на нем людей и технику, это устройство характеризуется сложностью сборки и монтажа, а также невысокой плавучестью из-за излишне утяжеленного настила.
Известны разборные наплавные сооружения, описанные в изобретении по патенту KR 10-1707635 В1 МПК В63В 35/38, A01K 61/00, Е02В 3/06, опубл. 16.02.2017, и в изобретении по патенту KR 10-1666558 В1 МПК В63В 35/38, A01K 61/00, Е02В 3/06, опубл. 14.10.2016, содержащие группу наплавных пустотелых элементов коробчатого типа с проушинами, выполненными для каждого наплавного элемента как единое целое вместе с корпусом наплавного элемента и соединенных в плавучий блок при помощи соединения проушин крепежными элементами и содержащие верхнее покрытие, состоящее из несущего каркаса и двух слоев несущих элементов, например типа досок (образующие нижний слой доски уложены под прямым углом относительно досок, образующих верхний слой), прикрепленных к несущему каркасу, при этом несущий каркас состоит из фрагментов балок, стянутых между собой с помощью специальных стяжных элементов с подпружиниванием, соединение верхнего покрытия с плавучим блоком осуществляется посредством тех же самых стяжных элементов, для чего по центру верхней части каждого из наплавных элементов (при расположении наплавных элементов в несколько слоев - по центру верхней части каждого из наплавных элементов верхнего слоя) предусмотрено специальное несквозное отверстие, в которое потом вкручивается стяжной элемент. Такие наплавные сооружения отличаются высокой жесткостью на изгиб конструкции в целом, но использование нетиповых стяжных элементов (сборочных единиц) сильно увеличивает их время и трудозатраты на сборку и монтажа изделия, а наличие специального несквозного отверстия, которое, как правило, делают на месте при сборке (высверливают), снижает прочностные свойства наплавных элементов и увеличивает риск их дальнейшей потери в процессе эксплуатации.
Известно разборное наплавное сооружение, описанное в полезной модели по патенту KR 20-0435477 Y1 МПК В63В 35/38, В63В 35/34, В63В 35/44, опубл. 24.01.2007, содержащее группу наплавных пустотелых элементов коробчатого типа с проушинами, выполненными для каждого наплавного элемента как единое целое вместе с корпусом наплавного элемента и соединенных в плавучий блок при помощи соединения проушин крепежными элементами из первой группы крепежных элементов и содержащее верхнее покрытие, включающее группу несущих плит верхнего покрытия и присоединенное к плавучему блоку при помощи крепежных элементов из второй группы крепежных элементов. Такое наплавное сооружение отличается относительной простотой конструкции и не требует больших трудозатрат на сборку конструкции, однако присоединение несущих плит верхнего покрытия к верхней части наплавных элементов (при расположении наплавных элементов в несколько слоев - к верхней части наплавных элементов верхнего слоя) при помощи крепежных элементов из второй группы крепежных элементов сопровождается высоким риском повреждения боковых стенок наплавных элементов, в которые вкручиваются (закручиваются) крепежные элементы из второй группы крепежных элементов и может быть реализовано только посредством крепежных элементов с очень небольшими габаритами и жесткостью, что, в свою очередь, влечет за собой сильное снижение жесткости конструкции в целом ограниченность применения этого разборного наплавного сооружения только в случае малых нагрузок и спокойной обстановки в акватории.
Наиболее близким по технической сущности является разборное наплавное сооружение, описанное в полезной модели по патенту KR 20-0435478 Y1 МПК В63В 35/34, В63В 35/38, В63В 35/44, опубл. 24.01.2007, содержащее плавучий блок, образованный группой наплавных элементов коробчатого типа с проушинами, выполненными для каждого наплавного элемента как единое целое вместе с корпусом наплавного элемента и соединенных между собой через отверстия проушин крепежными элементами из первой группы крепежных элементов; верхнее покрытие, включающее группу несущих плит верхнего покрытия и присоединенное к плавучему блоку при помощи крепежных элементов из второй группы крепежных элементов. Такое наплавное сооружение отличается относительной простотой конструкции и не требует больших трудозатрат на сборку конструкции, однако присоединение несущих плит верхнего покрытия и дополнительного несущего каркаса к специальным усилительным вставкам в верхней части наплавных элементов (при расположении наплавных элементов в несколько слоев - к верхней части наплавных элементов верхнего слоя) при помощи крепежных элементов из второй группы крепежных элементов может быть реализовано только посредством крепежных элементов с очень небольшими габаритами и жесткостью, что, в свою очередь, влечет за собой уменьшение жесткости конструкции в целом и ограниченность применения этого разборного наплавного сооружения только в случае спокойной обстановки в акватории или небольшого волнения на поверхности акватории.
Технический результат заключается в увеличении жесткости конструкции разборного наплавного сооружения, выполненного на основе плавучего блока из наплавных элементов, при одновременном соблюдении ограничений в форме неизменности жесткостных характеристик отдельно взятых наплавных элементов в плавучем блоке.
Технический результат достигается за счет того, что в разборном наплавном сооружении, содержащем плавучий блок, образованный группой наплавных элементов коробчатого типа с проушинами, выполненными для каждого наплавного элемента как единое целое вместе с корпусом наплавного элемента и соединенных между собой через отверстия проушин крепежными элементами из первой группы крепежных элементов; верхнее покрытие, включающее группу несущих плит верхнего покрытия и присоединенное к плавучему блоку при помощи крепежных элементов из второй группы крепежных элементов, отличающееся тем, что соединение плавучего блока в сборе и верхнего покрытия с группой несущих плит верхнего покрытия в сборе является групповым резьбовым соединением, образованным телом крепежных элементов из первой группы крепежных элементов и стержневой частью крепежных элементов из второй группы крепежных элементов, вкрученной в тело крепежных элементов из первой группы крепежных элементов, крепежные элементы из второй группы крепежных элементов выполнены из материалов, предел прочности которых на растяжение-сжатие и на сдвиг превышает предел прочности материалов на растяжение-сжатие и на сдвиг крепежных элементов из первой группы крепежных элементов, при этом каждая из несущих плит верхнего покрытия имеет нижнюю поверхность плиты верхнего покрытия с площадью нижней поверхности плиты верхнего покрытия, превышающей площадь накрываемой поверхности любого из наплавных элементов, соединение верхнего покрытия и плавучего блока посредством крепежных элементов из второй группы крепежных элементов осуществляется через отверстия по краям несущих плит, а значения жесткости на продольный и на поперечный изгиб верхнего покрытия в сборе превышают по величине значения жесткостей на продольный и на поперечный изгиб плавучего блока в сборе.
Изобретение поясняется фигурами:
фиг. 1 - изображение общего вида разборного наплавного сооружения (вид в сборе);
фиг. 2 - изображение общего вида разборного наплавного сооружения (в разобранном виде);
фиг. 3 - изображение разборного наплавного сооружения (вид сверху);
фиг. 4 - изображение вариантов соединения с помощью крепежных элементов из первой и второй группы (вид в разрезе).
Разборное наплавное сооружение в общем виде показано на фиг. 1. (вид в сборе) и на фиг. 2 (в разобранном виде). На фиг. 3 показано изображение разборного наплавного сооружения на виде сверху.
Однотипные наплавные элементы 04, являющиеся элементами коробчатого типа с проушинами наплавных элементов 07, выполненными для каждого наплавного элемента как единое целое вместе с корпусом наплавного элемента, соединены между собой крепежными элементами из первой группы 05 через отверстия проушин наплавных элементов 07 и образуют плавучий блок 03. Крепежные элементы из первой группы 05, соединяющие через отверстия проушин 07 наплавные элементы 04, составляют первую группу крепежных элементов и предназначены исключительно для соединения наплавных элементов 04.
Несущие плиты верхнего покрытия 02 составляют верхнее покрытие 01, при этом в несущих плитах 02 предусмотрены отверстия в плитах верхнего покрытия 08, через которые посредством крепежных элементов из второй группы 06 осуществляется присоединение верхнего покрытия 01 к плавучему блоку 03. Крепежные элементы из второй группы 06 составляют вторую группу крепежных элементов и предназначены для соединения верхнего покрытия 01 в сборе с плавучим блоком 03 в сборе.
Плавучий блок 03 собирается в единую конструкцию из однотипных наплавных элементов 04 с проушинами наплавных элементов 07 посредством соединения крепежными элементами из первой группы 05 через отверстия проушин наплавных элементов 07. В зависимости от назначения и с учетом конструктивных и эксплуатационных требований, предъявляемых к разборному наплавному сооружению, наплавные элементы, соединенные в плавучий блок, могут быть выполнены как в один слой, так и в несколько слоев, расположенных друг над другом. В качестве наплавных элементов 04 с проушинами наплавных элементов 07 могут быть использованы как специально сконструированные, так и серийно выпускаемые изделия (например, пластиковые понтоны серий SB-105 II и SB-101 III, см. ссылку https://magicfloat.ru/ru/product/plastikovye-pontony/ или пластиковые понтоны серий SA-105 Magic-Float I и SB-105 Magic-Float II, см. ссылку https://magicfloat.com.tw/magic-float-modules/), изготовленные из термопластов на основе полиэтилена низкой плотности (линейного полиэтилена низкой плотности) или термопластов на основе полиэтилена высокой плотности и т.п. материалов. В качестве крепежных элементов из первой группы 05 также могут быть использованы как специально сконструированные, так и серийно выпускаемые изделия (например соединительные штифты серий SA-202 Short Connecting Pin и SA-302 Long Connecting Pin, см. ссылку https://magicfloat.com.tw/product-category/product/structure-connecting/main-structure-connecting/), сделанные из термопластов на основе полиэтилена низкой плотности (линейного полиэтилена низкой плотности) или термопластов на основе полиэтилена высокой плотности и т.п. материалов. Сборка осуществляется путем закручивания крепежных элементов из первой группы 05 специально предназначенным для этих целей ручным, механизированным или электрифицированным инструментом или каким-либо иным способом с образованием крепежного соединения. При необходимости в процессе сборки для временной фиксации части наплавных элементов могут использоваться фиксирующие винты с гайками и проставочные шайбы.
После сборки плавучего блока 03 на его поверхности осуществляется монтаж верхнего покрытия 01. Цельные или сборные несущие плиты верхнего покрытия 02 (предварительно изготовленные или собранные из отдельных частей уже в процессе монтажа или перед этим) присоединяются к плавучему блоку посредством крепежных элементов из второй группы 06 через специальные отверстия в плитах верхнего покрытия 08 (сделанные заранее или изготавливаемые в процессе установки плит на основе предварительной разметки), при этом эти отверстия выполнены (выполняются) таким образом, что при укладке плит на поверхность плавучего блока 03 они будут находиться над крепежными элементами 05 из числа крепежных элементов первой группы, расположенных по краям несущих плит верхнего покрытия 01. Плиты 02 выбирают или изготавливают из материалов, применяемых в качестве покрытий для понтонов (дерево, пластик, стекловолокно, композиты на древесной основе и т.п.), выбор материала осуществляется исходя из назначения (применения) и с учетом конструктивных и эксплуатационных требований, предъявляемых к разборному наплавному сооружению, при необходимости в процессе укладки плит 02 на поверхность плавучего блока осуществляется их фиксация (чаще всего временная) друг относительно друга. Каждая из плит верхнего покрытия имеет нижнюю поверхность плиты верхнего покрытия с площадью нижней поверхности плиты верхнего покрытия, превышающей площадь накрываемой поверхности любого из наплавных элементов, выполнение этого требования позволяет увеличить жесткость на продольный изгиб и жесткость на поперечный изгиб верхнего покрытия, уменьшить количество используемых плит и отказаться от крепления несущих плит верхнего покрытия 03 непосредственно в корпус наплавных элементов 04 с помощью крепежных элементов с очень небольшими габаритами и жесткостью в пользу крепления с помощью более мощных высокопрочных крепежных элементов из второй группы 06. Для каждого разборного наплавного сооружения имеют место свои требования в отношении соблюдения максимальных площади, веса и габаритных размеров несущих плит 03, обусловленные ограничением возможностей по доставке и транспортировке несущих плит к конкретному месту сборки и монтажа этого разборного наплавного сооружения (например, из-за состояния дорог или использования определенной грузовой техники) или обусловленные требованиями регламента работ по сборке и монтажу этого разборного наплавного сооружения (например, ограничения на работы с плитами больше заданного веса), как правило, учитываемые еще на этапе проектирования разборного сооружения. Верхнее покрытие 01 может содержать дополнительный несущий каркас, который может быть каркасом балочного, ферменного или рамного типа, его установка и сборка осуществляется одновременно со сборкой верхнего покрытия или непосредственно перед ней (на фиг. 1-3 не показан).
На фиг. 4 показано изображение вариантов соединения с помощью крепежных элементов из первой группы крепежных элементов и второй группы крепежных элементов (даны два вида в разрезе по сечению разборного наплавного сооружения в соединении на фиг. 3). На фиг. 4 на изображении слева показан вариант соединения без дополнительных стягивающих элементов, а на изображении справа показан вариант соединения с дополнительным стягивающим элементом.
Окончательная сборка конструкции наплавного сооружения в целом осуществляется путем закручивания крепежных элементов из второй группы 06 до полного утапливания головки каждого из отдельно взятых крепежных элементов из второй группы 06а таким образом, что каждый отдельно взятый крепежный элемент из второй группы 06а проходит через соответствующее отверстие из группы отверстий 08а и вворачивается стержневой частью с резьбой в тело отдельно взятого крепежного элемента из первой группы 05а, находящегося под этим отверстием (возможен вариант, когда в теле отдельно взятого крепежного элемента из первой группы 05а выполнено гнездо или сквозное (несквозное) отверстие под стержневую часть элемента из второй группы 06а), образуя с ним при этом резьбовое соединение 09а с большой площадью контакта резьбы (см. фиг. 4). Образованное таким образом соединение плавучего блока в сборе и верхнего покрытия с группой несущих плит верхнего покрытия в сборе является групповым резьбовым соединением, состоящих из отдельно взятых резьбовых соединений, при этом каждое из отдельно взятых резьбовых соединений 09а образовано телом отдельно взятого крепежного элемента из второй группы 06а и стержневой частью отдельно взятого крепежного элемента из первой группы крепежных элементов 05а, вкрученного в тело соответствующего ему отдельно взятого крепежного элемента из второй группы 06а.
В зависимости от требований к жесткости и несущей способности конструкции наплавного сооружения в целом крепежные элементы из второй группы Об или части элементов второй группы 06 могут быть выполнены проходящими через соответствующие крепежные элементы из первой группы 05 насквозь и стягиваться с помощью дополнительных стягивающих элементов, при этом каждый отдельно взятый крепежный элемент из второй группы Оба, проходящий через соответствующий ему отдельно взятый крепежный элемент из первой группы 05а стягивается с помощью соответствующего ему отдельно взятого стягивающего элемента 10а (см. фиг. 4, изображение справа), отдельно взятый крепежный элемент из второй группы 06а может быть, например, болтом, а дополнительный стягивающий элемент 10а гайкой. Из-за особенностей эксплуатации крепежные элементы из второй группы 06 выбираются с невыступающими или утапливаемыми (потайными, плоскими и т.п.) головками (в этом случае в верхней части отверстий 08 выполняются специальные фаски, позволяющие утапливать головки). Также отметим, что в зависимости от требований к жесткости и несущей способности конструкции наплавного сооружения в целом, элементы части крепежных элементов из второй группы 06 могут быть выполнены как составные крепежные элементы.
Для обеспечения возможности закручивания с гарантированным образованием резьбового соединения с большой площадью контакта крепежные элементы 06 из второй группы крепежных элементов выполняют из материалов, предел прочности которых на растяжение-сжатие и на сдвиг превышает предел прочности материалов на растяжение-сжатие и на сдвиг крепежных элементов 05 из первой группы крепежных элементов (в частности крепежные элементы 06 могут выполняться из высокопрочной стали), благодаря чему происходит увеличение жесткости в соединениях конструкции в целом и плавучего блока в частности, а выполнение дополнительного требования превышения значения жесткостей на поперечный изгиб и на продольный изгиб верхнего покрытия в сборе над значениями жесткостей на поперечный изгиб и на продольный изгиб плавучего блока в сборе при одновременном соблюдении ограничений в форме неизменности жесткостных характеристик отдельно взятых наплавных элементов в плавучем блоке позволяет, помимо этого, дополнительно увеличить жесткость конструкции разборного наплавного сооружения в целом.