Патент на изобретение №2209871

(54) ОПОРА МОСТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области мостостроения, а именно к защите опор мостов, сооружаемых на реках с ледоходами и переменным уровнем водного потока, преимущественно в районах с суровыми климатическими условиями. Опора моста включает расположенные в переменном уровне воды и ледохода куст свай с высоким ростверком и объемлющую их льдозащитную оболочку, повторяющую по внешней форме плиту ростверка, внутренняя полость которой разделена на секции диафрагмами-стяжками, установленными с горизонтальным воздушным зазором относительно низа плиты ростверка, при этом нижний конец их постоянно погружен в воду. Новым является то, что она содержит в подводной части плоские элементы, наклоненные вниз в сторону, противоположную направлению течения реки, прикрепленные в один или несколько ярусов к диафрагмам-стяжкам и сваям с углом наклона к горизонту, равным = 30-60^o, причем суммарная горизонтальная проекция плоских наклонных элементов составляет 0,31,5 площади внутренней полости льдозащитной оболочки, а диафрагмы-стяжки выполнены перфорированными, площадь отверстий которых составляет не менее 0,3 погруженной в воду части площади каждой диафрагмы, причем высота стенок диафрагм, включая величину горизонтального воздушного зазора, меньше высоты стенок льдозащитной оболочки на (0,2-0,7) h, где h – вертикальная проекция наклонных элементов, м. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении надежности и долговечности моста путем снижения внутреннего льдообразования и уменьшения давления льда изнутри на стенки оболочки. 2 ил.

Изобретение относится к мостостроению, в частности к защите опор мостов, сооружаемых на реках с ледоходом и переменным уровнем водного потока, преимущественно в районах с суровыми климатическими условиями.

Известна мостовая опора с монолитной плитой высокого свайного ростверка, с льдозащитной оболочкой, представляющей собой сборную из блоков железобетонную вертикальную стенку, укрепленную верхней гранью по контуру в монолитной плите ростверка с элементами крепления блоков защитной стенки между собой (Экспресс-информация “Путь и строительство железных дорог”. М.: ВИНИТИ, 1974 г., 22, с. 28-30).

Недостаток этой конструкции опоры состоит в том, что она не позволяет уменьшить толщину льда в полости льдозащитной оболочки, создать в ней более мягкий микроклимат и тем самым уменьшить давление льда изнутри на стенки оболочки, не защищает надежно опору и тем самым снижает надежность работы льдозащитной оболочки, а также надежность и долговечность моста.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является мостовая опора, включающая расположенные в переменном уровне воды и ледохода куст свай с высоким ростверком и объединяющую их льдозащитную оболочку, повторяющую по внешней форме плиту ростверка, внутренняя полость которой разделена на секции посредством диафрагм-стяжек, установленных с горизонтальным воздушным зазором относительно низа плиты ростверка, причем нижний конец их постоянно погружен в воду (Патент РФ 2099467, опубл. 20.12.97, БИ 35, 1997 г.).

Недостаток этой опоры заключается в том, что на реках с суровым ледовым режимом во внутренней полости может возникнуть ледяная пробка, по толщине соизмеримая или даже более мощная, чем окружающий ледяной покров.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности и долговечности моста путем снижения внутреннего льдообразования и уменьшения давления льда изнутри на стенки оболочки.

Для достижения такого технического результата предлагаемая опора моста, включающая расположенные в переменном уровне воды и ледохода куст свай с высоким ростверком и объемлющую их льдозащитную оболочку, повторяющую по внешней форме плиту ростверка, внутренняя полость которой разделена на секции диафрагмами-стяжками, установленными с горизонтальным воздушным зазором относительно низа плиты ростверка, при этом нижний конец их постоянно погружен в воду, содержит в подводной части плоские, наклоненные вниз в сторону, противоположную направлению течения реки элементы, прикрепленные в один или несколько ярусов к диафрагмам-стяжкам и сваям с углом наклона к горизонту, равным = 30-60^o, причем суммарная горизонтальная проекция плоских наклонных элементов составляет 0,31,5 площади внутренней полости льдозащитной оболочки, а диафрагмы-стяжки выполнены перфорированными, площадь отверстий которых составляет не менее 0,3 площади погруженной в воду части каждой диафрагмы, причем высота стенок диафрагм, включая величину горизонтального воздушного зазора, меньше высоты стенок льдозащитной оболочки на (0,2-0,7) h, где h – вертикальная проекция наклонных элементов, м.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена опора – общий вид (разрез А-А на фиг.2), на фиг.2 – разрез Б-Б на фиг.1.

Опора моста включает куст свай (или столбов) 1, объемлющую головы свай плиту 2 высокого свайного ростверка 3 и объемлющую их льдозащитную оболочку 4, расположенные в переменном уровне воды и ледохода.

Льдозащитная оболочка 4 по внешней форме соответствует форме плиты 2 ростверка 3. Внутренняя полость 5 льдозащитной оболочки 4 разделана на секции посредством устройства перфорированных поперечных диафрагм-стяжек 6. Диаметр и шаг отверстий 7 в перфорированных диафрагмах рассчитывается, исходя из условия, что суммарная площадь отверстий должна быть сопоставима с площадью горизонтального сечения отдельной секции льдозащитной оболочки между диафрагмами, т.е. 0,31,5 от площади поперечного сечения, а площадь отверстий в каждой диафрагме-стяжке должна составлять не менее 0,3 площади погруженной в воду части диафрагмы. Диафрагмы-стяжки 6 делят внутреннюю полость льдозащитной оболочки на секции таким образом, чтобы конструктивно возможно было бы устройство наклонных элементов и чтобы высота диафрагмы не превышала двойного расстояния между ними или между стенкой льдозащитной оболочки и диафрагмы. Диафрагмы-стяжки 6 устраивают вверху с горизонтальным воздушным зазором 8, составляющим не менее 0,2 м по отношению к низу плиты 2 ростверка 3. А к нижней части диафрагм-стяжек 6 прикреплены плоские наклоненные вниз в сторону, противоположную течению реки, элементы 9, угол наклона которых к горизонту = 30-60^o.

Суммарная горизонтальная проекция наклонных элементов составляет 0,31,5 площади внутренней полости льдозащитной оболочки 4. Стенки диафрагм-стяжек 6 короче стенок льдозащитной оболочки 4, при этом высота стенок диафрагм-стяжек, включая величину горизонтального воздушного зазора 8, меньше высоты стенок льдозащитной оболочки на (0,2-0,7) h, где h – вертикальная проекция наклонных элементов.

Угол наклона плоских элементов к горизонту составляет = 30-60^o. Плоские элементы 9 прикреплены к диафрагмам-стяжкам и сваям в один или несколько ярусов в зависимости от понижения уровня воды в реке, при этом нижний конец диафрагм-стяжек 6 должен быть постоянно погружен в воду, и плоские элементы 9 располагаются в подводной части диафрагм-стяжек.

Мостовая опора работает следующим образом. Плита 2 ростверка объединяет куст свай 1 и передает на них нагрузку от пролетных строений моста. Сваи 1, в свою очередь, передают нагрузку на грунты основания. В весенний период возникает еще и горизонтальная нагрузка от давления льда. Для восприятия местного истирающего действия льда и для более рациональной передачи его горизонтального давления на куст свай устроена льдозащитная оболочка. Однако использование льдозащитной оболочки привело к созданию технического противоречия: с одной стороны – она нужна для восприятия горизонтальной нагрузки при ледоходе, с другой – она вредна, потому что образующийся зимой внутри оболочки лед в период оттепелей и весенний период при колебаниях уровня воды резко меняет свою температуру, что приводит к его температурному расширению и формированию давления изнутри на стенки льдозащитной оболочки и, как следствие, к возможному ее постепенному повреждению и разрушению.

Конструктивные элементы, предложенные в данном изобретении, позволяют уменьшить либо полностью исключить внутреннее льдообразование. Движущийся поток воды в реке ударяется о плоский наклонный элемент 9 и поднимается вверх вдоль диафрагмы-стяжки 6 к водной поверхности. В результате этого во внутренней полости 5 льдозащитной оболочки 4 создается некоторый избыток давления, и поступающие сюда массы глубинных вод начинают перемещаться внутри полости и через отверстия в диафрагмах поступают из одной секции в другую. Если уровень воды в реке в течение зимы понизится, то благодаря тому, что диафрагмы-стяжки выполнены перфорированными, а нижний их конец постоянно погружен в воду, движение воды не будет прекращаться. Чем больше угол наклона плоских наклонных элементов 9 и больше скорость течения, тем больший объем глубинных вод поступает вверх во внутреннюю полость 5 льдозащитной оболочки 4. Непрерывное движение воды во внутренней полости льдозащитной оболочки и подъем более теплых глубинных вод к поверхности воды, где они, отдавая тепло нижней поверхности ледяного покрова (если он образовался), обеспечивают постоянное таяние льда и, в конце концов, при непрекращающейся подаче более теплой воды снизу могут привести к полному очищению от льда поверхности воды во внутренней полости льдозащитной оболочки.

Для полного прекращения льдообразования требуется поступление такого количества тепла, которое способно повысить температуру воды в поверхностном слое лишь на малую долю градуса выше 0^oС. В реках же зимой придонная температура воды иногда доходит до +4^oС. Количество и размеры плоских наклонных элементов назначаются индивидуально в зависимости от очертания опоры в плане, количества свай (столбов), глубины воды, скорости течения, но суммарная горизонтальная их проекция должна быть в пределах 0,31,5 площади внутренней полости льдозащитной оболочки.

Эффективность использования предлагаемого технического решения заключается в возможности почти полного исключения опасного для конструкции внутреннего льдообразования, что позволяет повысить долговечность льдозащитной оболочки, надежность работы опоры и тем самым обеспечить эксплуатационную надежность моста на реках с суровым ледовым режимом.

Формула изобретения

Опора моста, включающая расположенные в переменном уровне воды и ледохода куст свай с высоким ростверком и объемлющую их льдозащитную оболочку, повторяющую по внешней форме плиту ростверка, внутренняя полость которой разделена на секции диафрагмами-стяжками, установленными с горизонтальным воздушным зазором относительно низа плиты ростверка, при этом нижний конец их постоянно погружен в воду, отличающаяся тем, что она содержит в подводной части плоские элементы, наклоненные вниз в сторону, противоположную направлению течения реки, прикрепленные в один или несколько ярусов к диафрагмам-стяжкам и сваям с углом наклона к горизонту, равным = 30-60^o, причем суммарная горизонтальная проекция плоских наклонных элементов составляет 0,31,5 площади внутренней полости льдозащитной оболочки, а диафрагмы-стяжки выполнены перфорированными, площадь отверстий которых составляет не менее 0,3 погруженной в воду части площади каждой диафрагмы, причем высота стенок диафрагм, включая величину горизонтального воздушного зазора, меньше высоты стенок льдозащитной оболочки на (0,2-0,7) h, где h – вертикальная проекция наклонных элементов, м.

РИСУНКИ