RU2604539C1 - Hybrid span structure with prestressed beams from polymer composite material and reinforced concrete slab from above - Google Patents

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to bridge engineering. Hybrid span structure with prestressed beams from polymer composite material and with reinforced concrete slab above consists of, at least two identical beams, connected by lateral braces and reinforced concrete slab included into beams operation using metal thrusts. Beams are made from polymer composite material and each is formed from arranged in two or three tiers polymer composite shapes, each having wall and two flanges, connected to each other along adjoining planes and connected by lateral braces made in form of diaphragms from polymer composite shapes. During making of beams tiers are preliminarily bended for creation of camber and prestress and combining into finished beam in cambered position. Beams are separated by joints on section with length, making part of span length, and beams camber is created due to their profile knees at splicing points and preliminary sections bending within their length or without preliminary bending.

EFFECT: use of polymer composite material as beams material for hybrid span structure reduces structure weight, lighten bridge supports, lowers cost of transport and construction operations; use of identical beams as span structure structural element, allows to produce simple design with minimum number of mounts of different types; tier-like segmentation of beams enables to design them from standard composite shapes; use of diaphragms as lateral braces between beams enables to make diaphragms from same as beams composite shapes; preliminary beams tiers hogging to create camber and tiers connection to each other in cambered state creates prestress in beams, which allows to reduce total stresses from all loads and due to it reduce material consumption; beams segmentation into separate sections, which length is part of span length, makes it possible to organize their delivery to country's hard-to-reach areas by any type of transport.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к мостостроению и может быть использовано в конструкциях автодорожных и пешеходных мостов и путепроводов, в которых основные несущие элементы пролетных строений выполнены из полимерных композиционных материалов. The invention relates to bridge construction and can be used in the construction of road and pedestrian bridges and overpasses, in which the main load-bearing elements of superstructures are made of polymer composite materials.

Известны и широко применяются при строительстве автодорожных мостов разрезные сталежелезобетонные пролетные строения с пролетами до 63 м, которые являются гибридными пролетными строениями с металлическими балками и железобетонной плитой проезжей части, включенной в работу верхних поясов балок. Конструкция их приведена в книге Протасова К.Г. и др. «Металлические мосты», изд. Транспорт, 1973, стр. 38- 41. Пролетное строение данного типа имеет сварные металлические балки двутаврового сечения, связанные друг с другом поперечными и продольными связями и плитой проезжей части поверху. Плита включается в работу верхних поясов балок с помощью металлических упоров. Known and widely used in the construction of road bridges, split steel-reinforced concrete spans with spans up to 63 m, which are hybrid spans with metal beams and a reinforced concrete slab of the carriageway, included in the work of the upper beams. Their design is given in the book of Protasov K.G. and other "Metal bridges", ed. Transport, 1973, pp. 38-41. The span of this type has welded metal beams of I-section, connected to each other by transverse and longitudinal bonds and a slab of the carriageway on top. The plate is included in the work of the upper zones of the beams with the help of metal stops.

Известны два типа поперечных сечений сталежелезобетонных пролетных строений (см. «Проектирование металлических мостов» под ред. А.А. Петропавловского, изд. Транспорт, 1982, стр. 41): Two types of cross sections of steel-reinforced concrete spans are known (see "Design of metal bridges" edited by AA Petropavlovsky, ed. Transport, 1982, p. 41):

1) с числом балок две, они имеют значительную высоту и поставлены на расстоянии, близком к размеру габарита проезжей части; 1) with two beams, they have a considerable height and are set at a distance close to the size of the overall size of the carriageway;

2) многобалочное, с числом балок четыре, шесть или больше, пониженной высоты и чаще поставленных. 2) multi-beam, with the number of beams four, six or more, lowered and more often set.

В первом случае пролетное строение имеет, наряду с двумя балками, которые считаются главными, дополнительно небольшие продольные балки (прогоны), расположенные между ними, опирающиеся на поперечные связи и уменьшающие пролет железобетонной плиты. In the first case, the span has, along with two beams, which are considered the main, additionally small longitudinal beams (runs), located between them, based on transverse connections and reducing the span of the reinforced concrete slab.

Достоинством обоих вариантов является снижение расхода металла по сравнению с негибридными пролетными строениями за счет включения железобетонной плиты проезжей части в работу верхних поясов балок.The advantage of both options is the reduction in metal consumption compared with non-hybrid spans due to the inclusion of a reinforced concrete slab of the carriageway in the work of the upper beams.

В обоих вариантах балки (и прогоны, если они есть) разделяются поперечными швами на монтажные элементы полной высоты с длиной до 10--15 м, вписанные в габариты дорог для перевозки. Монтажные элементы стыкуются на заклепках или болтах на месте строительства. Недостатком обоих вариантов является большой вес пролетных строений, усложняющий установку конструкций в пролет. Значительный вес и габариты имеют и монтажные блоки, особенно в пролетных строениях первого типа, что в ряде случаев исключает возможность доставки их к месту строительства. Сложным является создание строительного подъема по единой плавной кривой. In both versions, the beams (and the runs, if any) are divided by transverse seams into mounting elements of full height with a length of 10-15 m, inscribed in the dimensions of the roads for transportation. Mounting elements are joined on rivets or bolts at the construction site. The disadvantage of both options is the large weight of the spans, which complicates the installation of structures in the span. Mounting blocks also have significant weight and dimensions, especially in spans of the first type, which in some cases precludes the possibility of their delivery to the construction site. It is difficult to create a construction lift along a single smooth curve.

В качестве прототипа для предлагаемого технического решения выбрано пролетное строение второго типа, с несколькими одинаковыми балками (в пешеходных мостах - с двумя или более) и без прогонов. Пролетное строение-прототип имеет кроме балок поперечные связи, соединяющие балки друг с другом и железобетонную плиту проезжей части, расположенную сверху и включенную в работу верхних поясов балок. Оно может иметь также горизонтальные связи в уровне нижних поясов. Достоинства прототипа - пониженная высота балок и пониженный вес монтажных блоков по сравнению с вариантом, имеющим две главные балки с прогонами. Недостатками, несмотря на эти достоинства, остаются все еще значительный вес монтажных элементов, значительная высота при больших пролетах, сложность использования в сечениях балок стандартных профилей проката, невозможность или сложность создания строительного подъема по плавной кривой, а также большой общий вес пролетного строения, осложняющий его установку в пролет.As a prototype for the proposed technical solution, a span structure of the second type was chosen, with several identical beams (in pedestrian bridges - with two or more) and without runs. The prototype span has, in addition to beams, transverse connections connecting the beams to each other and a reinforced concrete slab of the carriageway located on top and included in the work of the upper beams. It can also have horizontal connections at the level of the lower zones. The advantages of the prototype are the reduced height of the beams and the reduced weight of the mounting blocks as compared to the version having two main beams with girders. The disadvantages, despite these advantages, are still the significant weight of the mounting elements, considerable height for large spans, the difficulty of using standard sections of rolled products in sections of beams, the impossibility or complexity of creating a construction elevation along a smooth curve, as well as the large total weight of the span, complicating it installation in the span.

Использование для балок стандартных профилей проката применялось в конструкциях металлических мостов (не гибридных), при этом балки расчленялись на монтажные блоки не только по длине, но и по высоте (книга Г.К. Евграфова и Н.Н. Богданова «Проектирование мостов», изд. Транспорт, 1966, стр. 448, рис. XIII.I, в). Это решение, несколько увеличивая общий вес пролетного строения, позволяло иметь монтажные блоки значительно меньшего веса и габарита, чем у балок, не члененых по высоте. Существенно увеличивалась устойчивость стенок балок, не требовалась установка продольных ребер жесткости. Остальные недостатки, отмеченные в прототипе, сохранялись, но балки, члененые по высоте, приобрели свой серьезный недостаток: это сложность совмещения болтовых (заклепочных) отверстий, сделанных на заводе для объединения верхних и нижних монтажных блоков, что вело к рассверловке отверстий и снижало надежность конструкции.The use of standard rolled profiles for beams was used in the construction of metal bridges (not hybrid), while the beams were divided into mounting blocks not only in length but also in height (book by G. K. Evgrafov and N. N. Bogdanov, “Design of bridges”, Transport Publishing House, 1966, p. 448, Fig. XIII.I, c). This solution, while slightly increasing the total weight of the span, made it possible to have mounting blocks of significantly lower weight and dimensions than for beams not height-divided. The stability of the walls of the beams increased significantly, the installation of longitudinal stiffeners was not required. The remaining disadvantages noted in the prototype remained, but the beams, divided in height, acquired their serious drawback: it is the difficulty of combining the bolt (rivet) holes made at the factory to combine the upper and lower mounting blocks, which led to the reaming of holes and reduced the reliability of the design .

Целью предлагаемого технического решения является значительное уменьшение веса пролетного строения, упрощение его конструкции, трудоемкости изготовления и доставки к месту строительства, применение в качестве исходных изделий стандартных профилей и создание строительного подъема балок по плавной кривой. The aim of the proposed technical solution is to significantly reduce the weight of the span, simplifying its design, the complexity of manufacturing and delivery to the construction site, using standard profiles as initial products, and creating a structural elevation of beams along a smooth curve.

Для достижения указанного технического результата гибридное пролетное строение с предварительно напряженными балками из полимерного композиционного материала и железобетонной плитой поверху состоит как минимум из двух одинаковых балок, соединенных поперечными связями и железобетонной плитой, включенной в работу балок с помощью металлических упоров, при этом балки выполнены из полимерного композиционного материала и формируются каждая из полимерных композиционных профилей, расположенных в два или три яруса, имеющих стенку и две полки каждый, связанных друг с другом по плоскостям прилегания и соединенных поперечными связями, выполненными в виде диафрагм из полимерных композиционных профилей, а ярусы при изготовлении балок предварительно выгибают для создания строительного подъема и предварительного напряжения и объединяют в готовую балку в выгнутом положении. Балки разделяются стыками на секции длиной, составляющей часть длины пролета, а строительный подъем балок создается за счет переломов их профиля в местах стыкования и предварительного выгиба секций в пределах их длины или без предварительного выгиба.To achieve the technical result, a hybrid span with prestressed beams made of a polymer composite material and a reinforced concrete slab on top consists of at least two identical beams connected by transverse ties and a reinforced concrete slab included in the work of the beams using metal stops, while the beams are made of polymer composite material and each of the polymer composite profiles is formed, located in two or three tiers, having a wall and two each leaves connected to each other along the contact planes and connected by transverse ties made in the form of diaphragms from polymer composite profiles, and the tiers in the manufacture of beams are pre-bent to create a construction lift and prestress and combined into a finished beam in a curved position. The beams are divided by joints into sections with a length that is part of the span length, and the structural rise of the beams is created due to fractures of their profile at the joints and preliminary bending of sections within their length or without preliminary bending.

Особенности технического решения, являющиеся ее отличительными признаками, дают следующий технический эффект. Применение для гибридного пролетного строения в качестве материала балок полимерного композиционного материала снижает вес конструкции, облегчает опоры моста, удешевляет транспортные и строительные операции. Применение одинаковых балок в качестве конструктивного элемента пролетного строения, позволяет получить простую конструкцию с минимальным числом разнотипных монтажных элементов. Ярусное членение балок позволяет проектировать их из стандартных композиционных профилей. Использование диафрагм в качестве поперечных связей между балками дает возможность составлять диафрагмы из таких же композиционных профилей, как и балки. Предварительный выгиб ярусов балок с целью создания строительного подъема и соединение ярусов друг с другом в выгнутом состоянии создает предварительное напряжение в балках, что позволяет уменьшить суммарные напряжения от всех нагрузок и за счет этого уменьшить расход материала. Членение балок на отдельные секции, длина которых составляет часть длины пролета, позволяет организовать их доставку в труднодоступные районы страны любым видом транспорта. Features of a technical solution, which are its distinguishing features, give the following technical effect. The use of a polymer composite material as a beam material for a hybrid span reduces the weight of the structure, facilitates bridge support, and reduces the cost of transport and construction operations. The use of the same beams as a structural element of the span allows you to get a simple design with a minimum number of different types of mounting elements. The tiered division of the beams allows you to design them from standard composite profiles. The use of diaphragms as cross-links between beams makes it possible to compose apertures from the same compositional profiles as the beams. Preliminary bending of the tiers of beams in order to create a building hoist and connecting the tiers with each other in a curved state creates preliminary stress in the beams, which allows to reduce the total stresses from all loads and thereby reduce material consumption. Dividing the beams into separate sections, the length of which is part of the span, allows you to organize their delivery to remote areas of the country by any means of transport.

Конструкция изобретения иллюстрируется чертежами на фиг. 1, 2 и 3. Фиг. 1 - схема пролетного строения с двухъярусными балками, фиг. 2 - поперечный разрез пролетного строения, фиг. 3 - варианты сечений двухъярусных балок, составленных из стандартных композитных профилей с использованием: а) двутавров, б) швеллеров, в) уголков и полосового материала, где 1 - верхний ярус, 2 - нижний ярус, болты - 3, объединяющие элементы главной балки, железобетонная плита-4, упоры-5, объединяющие балку с плитой, диафрагмы - 6, соединяющие балки друг с другом и служащие поперечными связями, f - строительный подъем балок.The construction of the invention is illustrated by the drawings in FIG. 1, 2 and 3. FIG. 1 is a span diagram with two-tier beams, FIG. 2 is a cross-sectional view of the superstructure, FIG. 3 - sectional options for two-tier beams made up of standard composite profiles using: a) I-beams, b) channels, c) corners and strip material, where 1 is the upper tier, 2 - the lower tier, bolts - 3, combining the elements of the main beam, reinforced concrete slab-4, emphasis-5, combining the beam with the slab, diaphragms - 6, connecting the beams to each other and serving as transverse connections, f - construction rise of the beams.

Использование изобретения реализуется строительной организацией на основании соответствующего проекта. Изготовление балок организуется на базе строительной организации в закрытом помещении. Нижний ярус 2 балки монтируется в виде плети на устройстве выгиба, состоящем из нескольких опор, верх которых расположен на выпуклой линии, позволяющей задать строительный подъем. Отдельные профили, из которых состоит плеть, соединяются друг с другом, при необходимости стыкуются по длине и специальными захватами притягиваются к опорам устройства выгиба. Верхний ярус 1 монтируется на нижнем ярусе 2 и также выгибается, повторяя очертание нижнего яруса 2. В этом виде ярусы скрепляются друг с другом болтами 3, образуя балку. После снятия с устройства выгиба балка теряет часть созданного строительного подъема f. Оставшаяся часть строительного подъема f должна быть достаточной для удовлетворения требований норм, применяемых к готовым конструкциям. Перед отправкой балок на место строительства на них монтируются устройства объединения с железобетонной плитой 4 (металлические упоры). The use of the invention is implemented by the construction organization on the basis of the corresponding project. The manufacture of beams is organized on the basis of a construction organization indoors. The lower tier 2 of the beam is mounted in the form of a whip on a bend device consisting of several supports, the top of which is located on a convex line that allows you to specify a building rise. The individual profiles that make up the lash are connected to each other, if necessary, they are joined along the length and are attracted to the supports of the bending device with special grips. The upper tier 1 is mounted on the lower tier 2 and also bends, repeating the outline of the lower tier 2. In this form, the tiers are fastened to each other by bolts 3, forming a beam. After removing the bend from the device, the beam loses part of the created construction hoist f. The remainder of the construction hoist f must be sufficient to meet the requirements of the standards applicable to finished structures. Before sending the beams to the construction site, devices for combining them with reinforced concrete slab 4 (metal stops) are mounted on them.

Готовые балки доставляются на место строительства, объединяются поперечными связями попарно или по три, в зависимости от грузоподъемности кранового оборудования, и устанавливаются в пролет, где монтируется опалубка, укладывается арматура и бетонируется плита. Строительные работы завершаются устройством покрытия железобетонной плиты 4 и устройств безопасности, а на пешеходном мосту может быть предусмотрено и смонтировано ограждение, защищающее пешеходов при неблагоприятных погодных условиях.Finished beams are delivered to the construction site, combined by transverse ties in pairs or three, depending on the carrying capacity of the crane equipment, and installed in the span where the formwork is mounted, reinforcement is laid and the slab is concreted. Construction work is completed by the device for covering reinforced concrete slab 4 and safety devices, and on the pedestrian bridge a fence can be provided and mounted to protect pedestrians in adverse weather conditions.

Claims (2)

1. Гибридное пролетное строение с предварительно напряженными балками из полимерного композиционного материала и железобетонной плитой поверху, состоящее, как минимум, из двух одинаковых балок, соединенных поперечными связями и железобетонной плитой, включенной в работу балок с помощью металлических упоров, отличающееся тем, что балки выполнены из полимерного композиционного материала и формируются каждая из полимерных композиционных профилей, расположенных в два или три яруса, имеющих стенку и две полки каждый, связанных друг с другом по плоскостям прилегания и соединенных поперечными связями, выполненными в виде диафрагм из полимерных композиционных профилей, а ярусы при изготовлении балок предварительно выгибают для создания строительного подъема и предварительного напряжения и объединяют в готовую балку в выгнутом положении. 1. Hybrid span with prestressed beams made of a polymer composite material and a reinforced concrete slab on top, consisting of at least two identical beams connected by transverse ties and a reinforced concrete slab included in the work of the beams using metal stops, characterized in that the beams are made of polymer composite material and each of the polymer composite profiles is formed, located in two or three tiers, having a wall and two shelves each, connected to each other ohm along the contact planes and connected by transverse ties made in the form of diaphragms from polymer composite profiles, and the tiers in the manufacture of beams are pre-bent to create a construction lift and prestress and combined into a finished beam in a curved position. 2. Гибридное пролетное строение с предварительно напряженными балками из полимерного композиционного материала и железобетонной плитой поверху по п. 1, отличающееся тем, что балки разделяются стыками на секции длиной, составляющей часть длины пролета, а строительный подъем балок создается за счет переломов их профиля в местах стыкования и предварительного выгиба секций в пределах их длины или без предварительного выгиба. 2. Hybrid span with prestressed beams made of a polymer composite material and a reinforced concrete slab on top according to claim 1, characterized in that the beams are separated by joints in sections with a length that is part of the span, and the structural rise of the beams is created due to fractures of their profile in places joining and preliminary bending of sections within their length or without preliminary bending.

Images