АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ШВОВ

Козлачков Сергей Валерьевич

соискатель, Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ),  Сочинский филиал, г. Сочи

E-mail: qwer63@bk.ru

Известны конструкции модульных ДШ, например, Swivel-Joist (Maurer Söhne), которые способны воспринимать значительные линейные и угловые перемещения в плане. Так, при линейных продольных перемещениях ДШ стандартного исполнения 1200 мм поперечные перемещения достигают ±600 мм. ДШ может воспринимать также вертикальные перемещения пролетных строений относительно друг друга до ±45 мм. В случае необходимости, ДШ такой конструкции могут создаваться и на большие перемещения. Верхний предел линейных продольных перемещений для модульных ДШ в настоящее время ограничен лишь максимальной величиной перемещений пролетных строений существующих мостов. Таким образом, конструкциями модульных ДШ предельные перемещения пока не ограничиваются, и для построенных по такому принципу ДШ предельные перемещения достигают 2500 мм и более.

Существенными недостатками этих конструкций является высокая шумовая эмиссия, высокие импульсные силовые воздействия и вибрация, передающиеся на конструкцию пролетных строений и устоев, в окрестностях ДШ, в особенности на места примыкания к ДШ дорожного покрытия, что часто приводит к разрушению обоих, делая небезопасным проезд, а также на подвеску автотранспорта, преждевременно изнашивая ее и создавая не комфортные условия для пассажиров, под воздействием ударной нагрузки от передачи вертикального ускорения шине автомобиля, при его проезде через значительно раскрытый ДШ, из-за поперечных к направлению движения неровностей, обусловленных конструкцией сегментного устройства проезжей поверхности модульного ДШ.

Известны конструкции модульных ДШ в которых эти недостатки частично устранены, (патент WO 02068760  (A1), 06.09.2002), например, благодаря приваренным сверху ромбовидным пластинкам (система GO Maurer Söhne), а также повернутым в плане прямоугольным и другим конфигурациям зубчатых (гребенчатых) и синусоидальных пластинкам (патент WO 0227102 (A1), 04.04.2002). Особенность этих зубчатых (гребенчатых) пластинок заключается в длине консоли, незначительно превышающей ширину промежуточной несущей балки, и тем самым, незначительно снижающей величину расхождения шва, между пластинками.

Недостатком этих конструкций является физическое ограничение длины консоли пределом жесткости зубчатой (гребенчатой) пластины, (горизонтально расположенной под действие вертикальных нагрузок), находящихся между собой в прямо пропорциональной зависимости, что и препятствует существенному снижению длины и количеству продольных разрывов дорожного покрытия ДШ, определяющих уровень  звуковых и механических вибраций.

Известен также ДШ гребенчатого типа, перекрываемый с противоположных сторон консольными односторонне направленными пальцами гребенчатых плит (патент EP1359254(А2), 05.11.2003, REISNER & WOLFF ENGINEERING). Продольный профиль гребенчатого пальца этого ДШ представляет собой консольную балку в миниатюре, обычно с увеличением сечения к основанию, способной сопротивляться значительным вертикальным нагрузкам. Благодаря этим  прочностным свойствам и своей конструкции, позволяющей практически исключить продольные разрывы поверхности ДШ, при эксплуатации гребенчатых ДШ было выявлено, что при соблюдении всех эксплуатационных процедур, они обеспечивают комфортные условия проезда, т. к. обладают высокой жесткостью плит, и непрерывной, ровной поверхностью проезда (при малых вертикальных перемещениях),  поэтому и шумовая эмиссия в уровне проезжей части у них самая низкая (ниже чем по асфальтовому или бетонному дорожному покрытию).

Недостатком ДШ гребенчатого типа, с консольными гребенчатыми плитами в частности, является то, что они плохо воспринимают любые перемещения, кроме горизонтально продольных, проявляя чувствительность  к  перекосам  консольных гребенчатых пальцев в горизонтальной плоскости (свыше 10⁰), что нередко приводит к их заклиниванию, а также к их вертикальным смещениям друг относительно друга, что нарушает условия проезда и ограничивает перекрываемую ими длину ДШ.

Достоинства этого типа ДШ и отсутствие равноценной альтернативы этим конструкциям, не смотря на их недостатки, предопределили то, что ДШ гребенчатого типа до сих пор широко используются на эксплуатируемых и вновь строящихся мостах во всем мире.

Целью технического решения является увеличение длины ДШ гребенчатого типа, за счет устранения перекосов гребенчатых пальцев в горизонтальной плоскости и их вертикальных смещений.

Технический результат достигается за счет того, что крайние несущие балки, жестко соединенные с односторонне направленными гребенчатыми пальцами (гребенчатыми плитами с односторонне направленными пальцами), упруго соединены  модульными компенсаторами, как минимум,  с одной промежуточной несущей балкой, жестко соединенной  с двусторонне направленными гребенчатыми пальцами (гребенчатой плитой с двусторонне направленными пальцами).

На фигурах представлены примеры вариантов реализации ДШ модульно-гребенчатого типа с консольными гребенчатыми пальцами. На Фиг. 1 схематично показан продольный профиль фрагмента ДШ в разрезе, перекрываемого с противоположных сторон односторонне направленными гребенчатыми пальцами (гребенчатыми плитами с односторонне направленными пальцами) 1, жестко соединенных с крайними несущими балками 2, упруго соединенных модульными компенсаторами 3, как минимум, с  одной промежуточной несущей балкой 4, жестко соединенной с двусторонне направленными гребенчатыми пальцами (гребенчатой плитой с двусторонне направленными пальцами) 5. Опорная балка (траверса), и другие, сопряженные с ней детали и узлы, не показаны, на Фиг. 1, так как ДШ может быть выполнен по различным схемам: по балочно-решетчатой, или с поворотными траверсами, или другим.

Количество промежуточных несущих балок 4, определяется максимальным раскрытием ДШ, необходимого для обеспечения оптимальной величины межбалочного зазора и нормальной работы ДШ, без заклинивания гребенчатых пальцев и их вертикальных смещений относительно друг друга, при объемной деформации зоны ДШ. В сравнении с ДШ гребенчатого типа:

1.  Достигается основной технический результат - увеличение длины ДШ, за счет устранения перекосов гребенчатых пальцев в горизонтальной плоскости и вертикальных смещений, в результате  их объединения, как минимум, с одной с промежуточной несущей балкой модульного ДШ, допускающего эти перекосы, угол (до 50⁰, для горизонтальных углов) которых будет делиться на количество установленных  промежуточных несущих балок, плюс одну, и равномерно распределяться между всеми пальцами перекрывающими ДШ. Таким образом, при изменении отметок пролетных строений (устоя), из-за просадки мостовых опор, износа опорных частей, неравномерной усадки бетона в пролетных строениях и устое, из-за тектонических и геофизических изменений и проявлений других воздействий в несколько раз снижается риск заклинивания гребенчатых пальцев и их вертикальных смещений относительно друг друга, что даст возможность дальнейшей эксплуатации ДШ и всего мостового сооружения, без остановки движения транспорта;

2.  Отсутствует необходимость в установке на ДШ отдельного водоотводного устройства, в случае применения в модуле упругого ленточного компенсатора изготовленного из материала, стойкого к воздействиям окружающей среды (ультрафиолетовое излучение, озон) и агрессивных соединений, встречающихся на автомобильных дорогах, (соли, минеральные масла и нефтепродукты), герметично связанного с несущими балками, надежно защищая от мусора, песка,  мелкого щебня и влаги нижерасположенные детали и элементы мостового строения;

3.  Практически, исключается шумовая эмиссия под пролетным строением, в случае применения в модуле упругого ленточного компенсатора, выполненного из материала, как правило, хорошо поглощающего или рассеивающего звук, и герметично связанного с несущими балками;

4.  Обеспечивается возможность интеграции швов со всех пролетных строений моста, не зависимо от его протяженности, в одном, максимум, в двух местах  (у его устоев), для более безопасного и комфортного движения транспорта по мосту, и снижения на него временной нагрузки.

В сравнении с ДШ модульного типа:

1.  Существенно снижается шумовая эмиссия от транспорта при проезде  ДШ, в виду, практически, отсутствия продольных разрывов поверхности сочленения гребенчатых пальцев, при любой эксплуатационной величине раскрытия  ДШ;

2.  Значительно уменьшается  количество промежуточных несущих балок  (посредством повышения, между ними, максимально допустимой величины зазора до 700 мм и более, ограниченного лишь длиной двустороннего гребенчатого пальца и допустимыми поперечным горизонтальным и вертикальным углами поворота пролетных строений), опорных и других частей и деталей, с ними связанных, что существенно снижает шумовую эмиссию и импульсные динамические нагрузки на ДШ, пролетные строения и движущийся транспорт;

3.  Упрощается конструкция, тем самым, достигается снижение затрат на производство,  установку, обслуживание и ремонт, а также повышается надежность и, следовательно, безопасность ДШ и мостового сооружения в целом.

Список литературы:

1.Козлачков С.В. Деформационный шов // Патент на полезную модель № 105309 от 31.01.2011. Москва: Изобретения и полезные модели. Официальный Бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам № 16 от 10.06.2011 – 11 с.

2. Козлачков С.В. Деформационный шов // Заявка на патент на изобретение № 2011111460 от 25.03.2011. Москва: Изобретения и полезные модели. Официальный Бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам № 22 от 10.08.2011 – 12 с.

3.Kozlachkov S.W. The expansion joint // Международная заявка на патент на изобретение PCT/RU2011/000269 от 26.04.2011.Женева: Официальный Бюллетень Международного Бюро Всемирной Организации Интеллектуальной Собственности, международный публикационный № WO 2011126413 от 13.10.2011 – 21 с.

4.Овчинников И.Г. [и др.]. Деформационные швы автодорожных мостов: особенности конструкции и работы // учеб. пособие – Саратов: Изд-во Саратовского гос. техн. ун-та, 2005. – 173 c.