НЕРАЗРЕЗНОЕ ПРОЛЕТНОЕ СТРОЕНИЕ МОСТА

Полезная модель относится к области мостостроения, а именно, к конструкции пролетных строений мостов.
Известно пролетное строение моста, содержащее металлическую ортотропную плиту проезжей части, включающую покрывной лист с приваренными к нему поперечными ребрами жесткости, металлические главные балки и полотно проезжей части. (К.Г.Протасов и др. «Металлические мосты. Конструкции и проектирование». М., Государственное транспортное железнодорожное издательство. М., 1957, с.60-61).
Недостаток пролетного строения такой конструкции заключается в недолговечности полотна проезжей части, которое разрушается после нескольких лет эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является неразрезное пролетное строение, в котором плита проезжей части в надопорных участках выполнена в виде стальной ортотропной конструкции, а в промежуточных участках - в виде
железобетонной плиты. (Н.Н.Стрелецкий «Сталежелезобетонные пролетные строения мостов». М., Транспорт, 1981, с.68, рис.3.7).
Недостатком данного технического решения является недолговечность полотна проезжей части в зоне расположения ортотропной плиты, которое разрушается после нескольких лет эксплуатации.
Задача предлагаемой полезной модели состояла в увеличении долговечности полотна проезжей части мостов.
Для решения поставленной задачи в неразрезном пролетном строении моста, включающем по его длине расположенные над опорами моста надопорные участки и расположенные между надопорными промежуточные участки, содержащие в поперечном сечении одну или несколько расположенных параллельно друг другу стальных главных балок, уложенную на них сверху и объединенную с ними плиту проезжей части и полотно проезжей части, плита проезжей части в надопорных участках выполнена в виде стальной ортотропной конструкции, состоящей из расположенного горизонтально покрывного листа и присоединенных к нему вертикальных продольных и поперечных ребер, а в промежуточных участках - в виде железобетонной плиты, при этом надопорные участки содержат размещенную в плане в пределах ортотропной конструкции вспомогательную железобетонную плиту, на которой размещено полотно проезжей части, при этом между ортотропной плитой и вспомогательной железобетонной плитой расположен слой сыпучего материала, а верх вспомогательной и несущей железобетонных плит расположен в одном уровне. Покрывной лист ортотропной плиты выполнен корытообразным и содержит нижнюю часть, боковые ограничительные листы, ограничивающие вспомогательную железобетонную плиту сбоку, при этом уровень верха бокового ограничительного листа расположен выше уровня низа вспомогательной железобетонной плиты и торцевые ограничительные
оп
листы, расположенные поперек пролетного строения и возвышающиеся над нижней частью покрывного листа не более, чем на высоту слоя сыпучего материала. Вспомогательная железобетонная плита отделена от несущей железобетонной плиты и разделена в продольном направлении организованными швами, в которых размещены металлические вставки таврового сечения. Длину l надопорного участка определяют по формуле:
оп
ом
l<l·к, м,
ом
где l - длина участка зоны отрицательных моментов;
к - коэффициент, учитывающий переменность зоны отрицательных моментов при перемещении временной нагрузки, б/р, к=1,1÷1,6.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами,
где на фиг.1 представлена схема неразрезного пролетного строения предлагаемой конструкции, разрез по продольной оси;
на фиг.2 представлена эпюра моментов в неразрезном пролетном строении от постоянной и временной нагрузок;
на фиг.3 представлено поперечное сечение пролетного строения в надопорном участке, сечение А-А на фиг.1;
на фиг.4 представлено поперечное сечение пролетного строения в промежуточном участке, сечение Б-Б на фиг.1;
оп
Неразрезное пролетное строение моста содержит чередующиеся по его длине надопорные участки 1 и промежуточные участки 2. Надопорные участки 1 имеют длину «l» и расположены над опорами 3 моста. Промежуточные участки 2 расположены между опорами моста.
В поперечном сечении неразрезное пролетное строение содержит одну (например, коробчатого сечения) или несколько расположенных параллельно друг другу стальных главных балок 4, уложенную на них
сверху и объединенную с ними плиту проезжей части, выполненную в надопорной части 1 в виде стальной ортотропной конструкции 5 и в промежуточной части 2 в виде несущей железобетонной плиты 6. Надопорные участки 1 содержат вспомогательную железобетонную плиту 7, размещенную в пределах ортотропной конструкции. Верх вспомогательной 7 и несущей 6 железобетонных плит расположены в одном уровне, а между ортотропной плитой 5 и вспомогательной железобетонной плитой 7 расположен слой 8 сыпучего материала.
Стальная ортотропная конструкция 5 состоит из расположенного горизонтально покрывного листа 9 и присоединенных к нему вертикальных продольных ребер 10 и поперечных ребер 11.
Покрывной лист 9 ортотропной плиты выполнен корытообразным и содержит нижнюю часть (совпадает с позицией 9), боковые ограничительные листы 12 и торцевые ограничительные листы 13. Боковые ограничительные листы 12 ограничивают сбоку (в поперечном сечении) вспомогательную железобетонную плиту 7, причем уровень верха бокового ограничительного листа расположен выше уровня низа вспомогательной железобетонной плиты. Торцевые ограничительные листы 13 расположены поперек пролетного строения и возвышаются над нижней частью 9 покрывного листа не более, чем на высоту слоя сыпучего материала 8. Вспомогательная железобетонная плита 7 отделена от несущей железобетонной плиты 6 и разделена в продольном направлении организованными швами 14, в которых размещены металлические вставки таврового сечения 15. Поверх несущих железобетонных плит 6 и вспомогательных железобетонных плит 7 уложено сплошное единой конструкции полотно 16 проезжей части.
Нижняя часть 9 покрывного листа выполнена с поперечным уклоном порядка 2%. Для предохранения от коррозии верхняя поверхность покрывного листа защищена гидроизоляцией 17. Для отвода воды из
корыта покрывного листа смонтированы водоотводные трубки 18 и желобы 19.
В качестве сыпучего материала может быть применен обычный песок. Толщина слоя сыпучего материала определяется неровностями верхней поверхности ортотропной плиты и обеспечением возможности относительного смещения ортотропной и железобетонной плит проезжей части. В зависимости от конкретных особенностей толщина слоя сыпучего материала будет равна 1-5 см.
Толщина вспомогательной железобетонной плиты 7 может быть в пределах 8-15 см. Ее толщина выбирается из условия обеспечения жесткого основания для полотна проезжей части. Толщина несущей железобетонной плиты 6, ортотропной конструкции 5 и размеры главной балки 4 определяются при расчете и конструировании неразрезного пролетного строения.
В связи с отсутствием контакта местной нагрузки (колеса) непосредственно с ортотропной плитой количество продольных и поперечных ребер может быть уменьшено.
Неразрезное пролетное строение моста работает следующим образом. Езда осуществляется непосредственно по полотну 16 проезжей части. В промежуточном участке 2 нагрузка от полотна 16 передается непосредственно на несущую железобетонную плиту 6, которая включена в работу общей сталежелезобетонной конструкции на этом участке. В надопорном участке полотно проезжей части такое же, как и в промежуточном участке, однако нагрузка от него передается на вспомогательную железобетонную плиту, которая не включена в работу главной балки 4, а передает нагрузку на ортотропную конструкцию через слой 8 сыпучего материала. Ортотропная конструкция 5 объединена с главной балкой 4 и, следовательно, включена в их совместную работу.
Водоотвод из зоны слоя 8 сыпучего материала осуществляется через водоотводные трубки 18 и желобы 19.
ом
При разработке данной полезной модели было решено следующее техническое противоречие. В сталежелезобетонном пролетном строении железобетонная плита проезжей части жестко соединена со стальными главными балками. В зоне отрицательных моментов (участок l на эпюре 20) в железобетонной плите возникают растягивающие напряжения. В результате разницы температур между стальными главными балками и железобетонной плитой в момент замыкания при строительстве, а также дополнительной разности температур в период эксплуатации за счет резких колебаний температуры воздуха и солнечной радиации в железобетонной плите растягивающие напряжения существенно усиливаются, зачастую приводя к трещинообразованию, снижающему долговечность. Применение вместо железобетонной плиты ортотропной плиты позволяет исключить указанные недостатки, однако появляется новый существенный недостаток: быстро выходит из строя полотно проезжей части. Характерные типы полотна проезжей части в ортотропной плите приведены в работе И.Г.Овчинникова и др. «Мостовое полотно автодорожных мостов с применением литого асфальтобетона и современных деформационных швов». Саратов, 2004, с.55, рис.1.37 и 1.38.
О быстром разрушении полотна проезжей части в указанных конструкциях достаточно подробно изложено в работе К.Д.Кельчевского и др. «О проблеме устройства дорожной одежды на мостах с ортотропной плитой», Транспортное строительство, №7, 2001, с.22-25.
Основная причина разрушения полотна проезжей части заключается в том, что при одной и той же нагрузке или температурном воздействии местные деформации ортотропной плиты и полотна проезжей части несопоставимы из-за разной их жесткости, поэтому постепенно
единство сечения нарушается, происходит отслаивание и кусочное разрушение участков полотна проезжей части.
Таким образом, техническое противоречие может быть сформулировано следующим образом: с одной стороны, применение ортотропной плиты приводит к разрушению полотна проезжей части. А применение железобетонной плиты проезжей части приводит к растрескиванию самой плиты.
Решение технического противоречия заключается в применении одновременно и железобетонной плиты проезжей части и ортотропной плиты, но в разделении их слоем сыпучего материала. При этом долговечность плиты проезжей части достигается раздельностью деформаций ортотропной плиты и железобетонной плиты, долговечность полотна проезжей части обеспечивается жестким основанием в виде железобетонной плиты.
оп
ом
оп
Длина надопорного участка l определяется длиной зоны отрицательных моментов l на эпюре 20. Однако должен быть обеспечен некоторый запас, чтобы контакт участков надопорного 1 и промежуточного 2 был расположен в зоне положительных моментов, поэтому l определяют по формуле:
оп
ом
l<l·к, м,
ом
где l - длина участка зоны отрицательных моментов;
к - коэффициент, учитывающий переменность зоны отрицательных моментов, б/р, к=1,1÷1,6.
Значение коэффициента к уточняется в каждом конкретном случае в зависимости от геометрических размеров пролетного строения и от соотношения постоянной и временной нагрузок.
Одно из главных условий современного скоростного автомобильного движения - это непрерывность и стабильность поверхности полотна проезжей части. Это выражается, в частности, в требовании отсутствия трещин и деформационных швов в полотне.
Поскольку вспомогательная железобетонная плита 7 находится в зоне деформаций удлинения, ее целесообразно в продольном направлении разделить на участки с помощью «организованных» швов 14 и отделить этими же швами от несущей железобетонной плиты 6. Это позволит уменьшить абсолютные величины расширения - сокращения раскрытия каждого шва и тем самым уменьшить воздействие на полотно 16 проезжей части. Еще большее снижение воздействия может быть достигнуто размещением в швах 14 тавровых вкладышей 15. Эти вкладыши при обеспечении отсутствия сцепления их верхних поверхностей с полотном 16 проезжей части позволяют рассредоточить величину деформаций в шве 14 на ширину полки тавра и тем самым уменьшить опасность растрескивания полотна проезжей части. Важной функцией тавровых вкладышей, особенно на контакте плит 6 и 7, является нивелировка возможной разности уровней верха плит как в период строительства, так и эксплуатации, например, в результате усадки слоя 8 сыпучего материала.
Экономическая эффективность предложенной конструкции определяется увеличением долговечности полотна проезжей части, что может существенно снизить эксплуатационные расходы.