Плита сборного покрытия

 

Изобретение относится к области строительства, преимущественно для устройства покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов из готовых сборных элементов. Целью изобретения является повышение прочности и долговечности стыкового соединения и несущей способности сборного покрытия на неукрепленных основаниях, преимущественно на слабых, склонных к пучинообразованию, грунтах земляного полотна. Сущность изобретения заключается в том, что плита сборного покрытия выключает несущую многоугольную конструкцию из связанных между собой по толщине частей, в которых боковые грани одной части образованы примыкающими вертикальными плоскостями, а боковые грани другой части выполнены с чередующимися выступами и впадинами, боковые стороны которых направлены под острым углом к вертикальной плоскости боковой грани одной части. Плита снабжена дополнительной частью, боковые грани которой образованы чередующимися выступами и впадинами, выполненными со смещением в горизонтальной плоскости относительно выступов и впадин боковых граней другой части, при этом часть плиты, боковые грани которой образованы примыкающими вертикальными плоскостями, расположена в нижней части плиты, а угол между боковыми сторонами выступов и впадин каждой из частей и вертикальной плоскостью грани нижней части больше 0и меньше половины угла между примыкающими плоскостями граней нижней части. Боковая грань с чередующимися выступами и впадинами содержит в каждой части одинаковое количество выступов и впадин, форма которых в соответствующей части плиты одинакова. 1 з. п. ф - лы, 12 ил.

Изобретение относится к строительству, преимущественно для устройства покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов из готовых сборных элементов.

Известны сборные дорожные покрытия, состоящие из плит со стыкованными соединениями шпунтового типа, укладываемые на основание (Могилевич В. М. Сборные покрытия автомобильных дорог. М. : Высшая школа, 1972, с. 60; Орловский В. С. Проектирование и строительство сборных дорожных покрытий. М. : Транспорт, 1978, с. 29, SU N 372309А, кл. E 01 C 5/14).

Недостаточная прочность стыкового соединения плит шпунтового типа обуславливает относительно невысокую несущую способность покрытия. В работе стыкового соединения на поперечную нагрузку участвует приблизительно 0,33 поперечного сечения плиты. Кроме того стыковое соединение шпунтового типа из-за недостаточной площади взаимодействия соседних плит между собой не обеспечивает их надежной взаимной связи, что может привести к расстыковке плит дорожной конструкции (в первую очередь краевых плит) под воздействием нагрузки от транспорта и температурных напряжений.

Известна дорожная плита для устройства колейных дорожных покрытий, включающая тело с расположенными на боковых поверхностях соединительными элементами, выполненными в виде последовательно чередующихся выступов и выемок, причем последние выполнены двухрядными по высоте плиты, а выступы верхнего ряда расположены над выемками нижнего ряда, при этом каждый выступ одного ряда и соосная ему выемка другого ряда выполнены с криволинейными торцовыми поверхностями, образованными частями цилиндрической поверхности, расстояние между горизонтальными осями которых не превышает высоты выступа в каждом ряду. В месте расположения выступов нижнего ряда плита выполнена утолщенной (SU N 1028761А, кл. E 01 C 5/08).

Недостатком дорожной плиты является то, что из них по существующей технологии невозможно монтировать сплошные в площадь дорожные покрытия, в которых плиты взаимодействуют друг с другом всеми ее сторонами. Кроме того из-за утолщения нижней части плиты и ломаного ее очертания при укладке плит в покрытие в значительной степени повышается трудоемкость его монтажа.

Известно стыковое соединение плит сборного дорожного или аэродpомного покрытия, включающее образованную между торцами смежных плит шпонку со скошенными поочередно вверх и вниз участками граней и закладные элементы, причем каждый участок грани шпонки выполнен с вертикальными плоскостями, примыкающими соответственно к верхней и нижней поверхностям плиты, при этом высота каждой вертикальной плоскости составляет 0,2 - 0,3 высоты плиты, а длина каждого участка шпонки - 1,5 - 2,5 высоты плиты (SU N 11364659 А1, кл. E 01 C 5/00).

Недостатком является высокая трудоемкость устройства стыкового соединения, обусловленная использованием специальных закладных элементов, сваренных между собой, и последующим заполнением стыкового пространства бетонной смесью или раствором. Кроме того подобное стыковое соединение не воспринимает изгибающий момент от действия внешней нагрузки на поверхности покрытия.

Известна плита сборного покрытия, включающая несущую многоугольную конструкцию, верхняя часть каждой боковой грани которой выполнена в виде вертикальной плоскости, а нижняя - с чередующимися криволинейными пазами и выступами, верхняя плоскость которых параллельна плоскости основания плиты, причем каждый паз и выступ расположены в пределах соответствующей грани плиты и имеют общую вертикальную плоскость, перпендикулярную плоскости верхней части каждой боковой грани плиты (SU N 1581802 А1, кл. E 01 C 5/00).

Недостатком плиты сборного покрытия является относительно низкая несущая способность покрытия, обусловленная тем, что стыковое соединение не воспринимает изгибающий момент от транспортной нагрузки, а также увеличение трудоемкости монтажа покрытия из-за возможной подвижки материала неукрепленного основания вследствие ломаного очертания нижней поверхности плиты.

Наиболее близкой по совокупности признаков к заявляемой является плита для сборного покрытия, в частности эластичного основания автомобильных дорог с плитой основания из армированного бетона четырехугольной, преимущественно квадратной формы, причем плита основания расположена на нижней плите и обе плиты интегрально связаны друг с другом по толщине. Нижняя плита по отношению к горизонтальной проекции плиты основания содержит чередующиеся выступы и впадины, имеющие общую вертикальную плоскость, направленную под углом 45^о к кромке плиты основания. Верхняя плоскость выступа и нижняя плоскость впадины расположены под острым углом к горизонтали и взаимно дополняют друг друга, при этом головные отрезки выступа основания и концевые отрезки впадины параллельны и имеют одинаковую длину [1] .

Недостатками известной конструкции являются относительно невысокие прочность и долговечность стыкового соединения и, как следствие, относительно низкая несущая способность покрытия. Недостатки обусловлены тем, что стыковое соединение не воспринимает изгибающий момент при действии нагрузки на верхней рабочей поверхности плиты, а поперечное усилие в стыковом соединении при приложении нагрузки у края плиты воспринимается 0,25 сечения края плиты. В известной конструкции происходит одновременное нагружение поперечного сечения стыкового соединения осевой нагрузкой, что увеличивает динамичность воздействия нагрузки и, как следствие, снижает его долговечность. Кроме того из-за возможной подвижки материала неукрепленного основания при укладке плиты вследствие ломаного очертания нижней поверхности плиты повышается трудоемкость монтажа покрытия.

Целью изобретения является повышение прочности и долговечности стыкового соединения и несущей способности сборного покрытия на неукрепленных основаниях, преимущественно на слабых, склонных к пучинообразованию, грунтах земляного полотна.

Сущность изобретения заключается в том, что плита сборного покрытия включает несущую многоугольную конструкцию из связных между собой по толщине частей, в которых боковые грани одной части образованы примыкающими вертикальными плоскостями, а боковые грани другой части выполнены с чередующимися выступами и впадинами, боковые стороны которых направлены под острым углом к вертикальной плоскости боковой грани одной части. Плита снабжена дополнительной частью, боковые грани которой образованы чередующимися выступами и впадинами, выполненными со смещением в горизонтальной плоскости, относительно выступов и впадин боковых граней другой части, при этом часть плиты, боковые грани которой образованы примыкающими вертикальными плоскостями, расположена в нижней части плиты, а угол между боковыми сторонами выступов и впадин каждой из частей и вертикальной плоскостью грани нижней части больше 0^о и меньше половины угла между примыкающими плоскостями граней нижней части. Боковая грань с чередующимися выступами и впадинами содержит в каждой части одинаковое количество выступов и впадин, форма которых в соответствующей части плиты одинакова.

Части плиты, боковые грани каждой из которых образованы чередующимися выступами и впадинами с боковыми сторонами, направленными под острым углом к вертикальной плоскости боковой грани нижней части, выполнены со смещением выступов и впадин в горизонтальной плоскости относительно друг друга, образуют стыковое соединение, в работе которого участвует большая часть площади сечения края плиты. Такое стыковое соединение обладает повышенной прочностью и обеспечивает работу покрытия на изгиб и поперечную нагрузку как при действии транспортной нагрузки, так и при возможном пучении основания.

Кроме того стыковое соединение ломаного очертания на поверхности покрытия обеспечивает разновременность воздействия осевой транспортной нагрузки на края плиты, что снижает динамичность воздействия нагрузки на стыковое соединение и повышает его долговечность.

В сборном покрытии каждая плита работает как плита, лежащая на упругом основании и опирающаяся по контуру на соседние плиты, что увеличивает несущую способность плиты и покрытия в целом. Расположение части плиты, боковые грани которой образованы примыкающими вертикальными плоскостями в нижней части несущей многоугольной конструкции, упрощает монтаж покрытия и снижает его трудоемкость. Величина угла между боковыми сторонами выступов и впадин каждой из частей и вертикальной плоскостью грани нижней части обусловлена тем, что при угле 0^о плоскости параллельны и не образуется стыкового соединения ломаного очертания, а при угле больше половины угла между примыкающими плоскостями граней нижней части невозможен монтаж сборного покрытия в площадь.

На фиг. 1 представлена плита с выступами и впадинами в виде треугольника с их взаимным смещением перпендикулярно боковой грани плиты при разных величинах острых углов между боковыми сторонами выступов и впадин и вертикальной плоскостью грани нижней части плиты; на фиг. 2 - фрагмент плиты с выступами и впадинами треугольной формы с их смещением перпендикулярно боковой грани плиты при одинаковых величинах острых углов между боковыми сторонами выступов и впадин и вертикальной плоскостью грани нижней части плиты; на фиг. 3 - фрагмент плиты с выступами и впадинами трапецеидальной формы со смещением выступов и впадин вдоль боковой грани плиты; на фиг. 4 - варианты геометрических форм выполнения плит; на фиг. 5 - схема монтажа плит прямоугольной формы с выступами и впадинами в виде сегмента; на фиг. 6 - схема работы стыкового соединения под действием нагрузки сверху при смещении выступов и впадин перпендикулярно боковой грани плиты; на фиг. 7 - то же, снизу при смещении выступов и впадин перпендикулярно боковой грани плиты; на фиг. 8 - элемент стыкового соединения со смещением выступа и впадины перпендикулярно боковой грани плиты при разных величинах острых углов между боковыми сторонами выступов и впадин и вертикальной плоскостью грани нижней части плиты, вид сверху; на фиг. 9 - то же, при одинаковых величинах острых углов между боковыми сторонами выступов и впадин и вертикальной плоскостью грани нижней части плиты; на фиг. 10 - схема работы стыкового соединения под действием нагрузки сверху при смещении выступов и впадин вдоль боковой грани плиты; на фиг. 11 - то же, снизу при смещении выступов и впадин вдоль боковой грани плиты; на фиг. 12 - элемент стыкового соединения со смещением выступа и впадины вдоль боковой грани плиты при одинаковых величинах острых углов между боковыми сторонами выступов и впадин и вертикальной плоскостью грани нижней части плиты, вид сверху.

Плита 1 сборного покрытия включает несущую многоугольную конструкцию из связанных между собой по толщине частей 2, 3, 4 (фиг. 1, 2, 3). Боковые грани нижней части 2 плиты образованы примыкающими вертикальными плоскостями 5. Плита 1 сборного покрытия в нижней части 2 может быть выполнена различной геометрической формы, например в форме квадрата, прямоугольника, ромба, треугольника, шестигранника, трапеции, параллелограмма (фиг. 4).

Боковые грани другой части 3 выполнены с чередующимися выступами 6 и впадинами 7, боковые стороны 8, 9 и 10, 11 которых направлены под острым углом α к вертикальной плоскости 5 боковой грани нижней части 2 плиты. Плита 1 снабжена дополнительной частью 4, боковые грани которой образованы чередующимися выступами 12 и впадинами 13, выполненными со смещением в горизонтальной плоскости относительно выступов 6 и впадин 7 другой части 3, при этом боковые стороны 14, 15 выступа 12 и стороны 16, 17 впадины 13 направлены под острым углом γ к вертикальной плоскости 5 боковой грани нижней части 2 плиты.

Выступы 6, 12 и впадины 7, 13 могут быть выполнены в виде треугольника, трапеции, сегмента, синусоиды, а также другой выпуклой или вогнутой формы (фиг. 1, 2, 3, 5).

При работе стыкового соединения на изгиб (фиг. 6, 7, 10, 1) на вершинах выступов 6, 12, выполненных в виде треугольника (фиг. 9 1, 2, 4), возникает концентрация напряжений, что может вызвать разрушение выступов 6, 12. Выполнение выступов 6, 12 или впадин 7, 13 в виде синусоиды, а также другой выпуклой или вогнутой формы вызывает дополнительные трудности при изготовлении оснастки для производства плит. Поэтому предпочтительная форма выполнения выступов 6, 12 и впадин 7, 13 - в виде трапеции или сегмента (фиг. 3, 5, 8, 9, 12).

Глубина выступа или впадины определяется расчетом в зависимости от величины действующей нагрузки, материала, размера и формы плиты, материала основания покрытия. Однако, учитывая возможные отклонения геометрических размеров элементов плит при их изготовлении, возможную подвижку плит в результате температурных воздействий, глубина выступа и впадины не должна быть меньше 2 см.

Количество выступов 6, 12 и впадин 7, 13 в каждой из частей 3 и 4 плиты 1 на одной ее боковой грани должно быть одинаковое, а их общее количество равно или больше 4 (2 + 2, 3 + 3, 4 + 4 и т. д. ). В этом случае обеспечивается возможность укладки плит вразбежку, т. е. со смещением стыковых соединений в смежных рядах плит, что повышает долговечность покрытия. Кроме того на каждой боковой грани плиты 1 в верхних ее частях 3 и 4, начиная от угла, образованного примыкающими плоскостями 5 в нижней части 2, в направлении, например, по часовой стрелке, последовательность выполнения выступов и впадин одинакова.

Форма выступов 6, 12 и впадин 7, 13 в разных частях 3 и 4 плиты может быть разной, но одинаковой в соответствующей ее части.

Нижняя часть 2 плиты, боковые грани которой образованы примыкающими вертикальными плоскостями 5, в местах опирания на нее выступов 6 части 3 плиты работает в более благоприятных условиях на местное сжатие и на продавливание по ломаному очертанию впадины 7, в то время как выступы 6, 12 частей 3, 4 плиты работают на растяжение при изгибе, поэтому толщина части 2 плиты должна быть выполнена минимально возможной и во всяком случае составлять менее 0,33 общей толщины плиты. Толщины верхних частей 3 и 4 плиты предпочтительно выполнять одинаковыми.

Монтаж сборного покрытия осуществляют на подготовленное основание по известной технологии в следующей последовательности. Одинаковые плиты 1 сборного покрытия (фиг. 5) укладывают на основание, ориентируя их в заданном направлении. Рядом с первой уложенной плитой 1 в соответствии с выбранной схемой укладывают следующую плиту и перемещают ее по основанию, стыкуя с ранее уложенной плитой 1 так, чтобы выступы 6, 12 и впадины 7, 13 укладываемой плиты 1 совпадали, соответственно, с впадинами 7, 13 и выступами 6, 12 ранее уложенной плиты 1. Монтаж плит в площадь может быть осуществлен только в случае, если углы αиγ , образованные боковыми сторонами выступов и впадин с вертикальной плоскостью боковой грани нижней части плиты, будут меньше половины угла β , образованного примыкающими плоскостями нижней части плиты в месте их стыковки. Например, для плит, имеющих в плане в нижней их части квадратную или прямоугольную форму, величина углов αиγ составляет менее 45^о, а для плит в форме равностороннего треугольника αиγ меньше 30^о и т. д.

Перед стыковкой плит места их соединения могут обрабатываться гидроизоляционным материалом, например битумной мастикой, цементным раствором и т. п. материалами, что позволяет обеспечить водонепроницаемость стыкового соединения, устранить в нем зазоры, необходимые для осуществления свободного монтажа плит в покрытие, и, кроме того, уменьшить динамичность воздействия нагрузки от транспортных средств в стыковом соединении.

Стыковое соединение может заполняться и после укладки плит известными способами. В качестве заполнителя в этом случае могут быть использованы также сухой просечный песок или сухая пескоцементная смесь.

Для снижения трудоемкости монтажа на нижней поверхности части 2 плиты по ее периметру могут быть выполнены фаски. С этой же целью взаимодействующие между собой верхние и нижние поверхности выступов и впадин могут быть выполнены с уклоном, не превышающим 1: 20 (фиг. 5).

Плита сборного покрытия при соединении ее со смежными плитами под воздействием транспортной нагрузки работает как плита, лежащая на упругом основании и взаимодействующая по контуру своими выступами и впадинами с соседними плитами, в связи с чем в значительной мере повышается несущая способность плиты и покрытия в целом. В работе стыкового соединения в зависимости от направления взаимного смещения выступов 6, 12 и впадин 7, 13 частей 3 и 4 плиты имеются свои особенности.

При взаимном соединении плит 1, выступы и впадины которых выполнены со смещением в направлении, перпендикулярном боковой грани плиты (фиг. 1, 2, 8, 9), выступы 12 и 6 соответственно верхней части 4 плиты и средней части 3 образуют единый ступенчатый выступ (фиг. 6, 7), опирающийся нижней своей поверхностью на часть 2 плиты. При этом толщина расчетного сечения, работающего на изгиб при воздействии нагрузки на поверхности стыкового соединения, составляет более 0,66 (h₄ + h₃) полного сечения стыкового соединения. При воздействии нагрузки снизу в результате возможного морозного поднятия основания возникающий в стыковом соединении изгибающий момент воспринимается более 0,33 (h₃) полного сечения стыкового соединения (фиг. 7).

Выступ 6 средней части 3 плиты выполняет таким образом функции закладных деталей, воспринимающих изгибающий момент в обоих направлениях действия внешней нагрузки.

Поперечное усилие от внешней нагрузки, действующее в стыковом соединении, распределяется вдоль ломаного очертания стыкового соединения, образованного выступами 6 и впадинами 7, т. е. удельная нагрузка на единицу длины сечения стыкового соединения существенно снижается и зависит от величины угла α , образованного боковыми сторонами выступа 6 или впадины 7 и вертикальной плоскостью 5 боковой части 2.

При взаимном соединении плит 1, выступы и впадины которых выполнены со смещением вдоль боковой грани плиты (фиг. 3, 12), выступ 12 верхней части 4 плиты опирается нижней своей поверхностью на выступ 6 и впадину 7 средней части 3 плиты, а выступ 6 средней части 3 плиты взаимодействует в свою очередь с нижней частью 2 плиты (фиг. 10, 11). В связи с тем, что на границе частей 4 и 3 плиты нижняя поверхность выступа 12 и верхняя поверхность выступа 6 совмещаются, то площадь передачи нагрузки на границе частей 4 и 3 плиты удваивается, в связи с чем уменьшается удельная нагрузка на единицу площади. В работе стыкового соединения на изгиб при воздействии нагрузки на его поверхности участвуют оба ряда выступов 12 и 6 (фиг. 10), т. е. более 0,66 (h₄ и h₃) полного сечения стыкового соединения. При воздействии нагрузки снизу в результате возможного морозного поднятия основания возникающий в стыковом соединении изгибающий момент воспринимается более 0,33 (h₃) полного сечения стыкового соединения (фиг. 11). Выступы 6 средней части плиты 3 выполняют также функции закладных деталей, воспринимающих изгибающий момент в обоих направлениях действия внешней нагрузки.

Поперечное усилие от внешней нагрузки, действующее в стыковом соединении, распределяется в двух уровнях сечения плиты вдоль ломаного очертания стыкового соединения, образованного выступами 6, 12 и впадинами 7, 13, т. е. удельная нагрузка на единицу длины сечения стыкового соединения существенно снижается и зависит от величины углов αиγ , образованных боковыми сторонами выступов 6, 12 и впадин 7, 13 и вертикальной плоскостью 5 боковой части 2.

В связи с тем, что стыковое соединение имеет ломаное очертание не только в плане, но и в поперечном сечении (фиг. 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12), то в процессе эксплуатации предотвращается возможный выплеск материала неукрепленного основания, что имеет место при переувлажении материала основания в расчетный период, в результате чего не происходит ослабления основания (образования пустот) в зоне стыка и повышается долговечность покрытия. (56) Патент ФРГ N 3116507, кл. E 01 C 5/00, 1982.

Формула изобретения

1. ПЛИТА СБОРНОГО ПОКРЫТИЯ, включающая несущую многоугольную конструкцию из связанных между собой по толщине частей, в которых боковые грани одной части образованы примыкающими вертикальными плоскостями, а боковые грани другой части выполнены с чередующимися выступами и соответствующими им по форме впадинами, боковые стороны которых направлены под острым углом к вертикальной плоскости боковой грани первой части, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительной частью, боковые грани которой образованы чередующимися выступами и впадинами, выполненными со смещением в горизонтальной плоскости относительно выступов и впадин другой части, при этом часть плиты, боковые грани которой образованы примыкающими вертикальными плоскостями, расположена в нижней части плиты, а угол между боковыми сторонами выступов и впадин каждой из частей и вертикальной плоскостью грани нижней части больше 0 и меньше половины угла между примыкающими плоскостями граней нижней части плиты.

2. Плита по п. 1, отличающаяся тем, что боковая грань с чередующимися выступами и впадинами содержит не менее двух выступов и двух впадин в соответствующей части плиты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12