Металлическая опора и способ ее возведения
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для возведения мостов, дорог, а так же зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения. Металлическая опора состоит из нескольких телескопически соединенных труб, выполненных из нержавеющей стали, для заполнения их жидкостью. Нижняя труба выполнена с закругленным нижним основанием, а по боковой поверхности этой трубы, в разбежку, выполнены отверстия. Кроме того, металлическая опора снабжена размещенным в верхней ее части гидравлическим амортизатором в виде труб с расположенными на внешней плоскости верхнего основания верхней трубы полукруглыми углублениями для шариковых подшипников и надетой на него трубой большего диаметра, имеющей съемную заглушку с выемками для шариковых подшипников, а образовавшийся зазор заполнен подшипниками закрытого типа, закрепленными с помощью кронштейнов на нижней трубе. Технический результат состоит в повышении сейсмоустойчивости, долговечности, обеспечении применения на различных типах грунта. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области строительства, в частности мостостроения и может быть использовано для возведения мостов, дорог, а так же зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения.
Из уровня техники известно следующее техническое решение: “Подвижная опорная часть моста” (Авторское свидетельство SU 1077972, МПК E01D 19/04, 07.03.1984), включающая верхнюю и нижнюю опорные плиты, обращенные друг к другу грани которых выполнены со сферическими углублениями, и свободно установленные в этих углублениях тела качения, отличающиеся тем, что, с целью повышения эффективности гашения колебаний моста при динамических и сейсмических воздействиях, тела качения выполнены с ортогонально срезанными боковыми гранями, причем опорная часть снабжена эластичными прокладками, размещенными в зазорах между срезанными боковыми гранями смежных тел качения и закрепленными на них посредством стяжных болтов. При воздействии на мост сейсмических толчков тела качения поворачиваются, деформируя эластичные прокладки и рассеивая тем самым энергию от колебаний пролетного строения.
Недостатком данной опорной части является сложность технического решения и необходимость периодической замены материалов.
Кроме того, известна “Шарнирно подвижная опорная часть”, состоящая из распределительной плиты, верхних и нижних балансиров с расположенными между ними элементами качения, горизонтально-подвижных элементов, боковых упоров и жесткого основания.
Целью применения данного изобретения является повышение надежности и долговечности опорной части (Авторское свидетельство SU 1392943, МПК E01D 21/00, 23.12.1992 г.).
Недостаток изобретения заключается в сложности исполнения и обслуживания конструкции.
Так же существует «Опора для основания морской буровой» (Авторское свидетельство СССР №116528, класс 84а, 501, 5а, 38, заявлено 07.03.1958 г.), отличающаяся тем, что, с целью уменьшения металлоемкости основания, башмак опоры выполнен отъемным от внутренней выдвижной стойки и снабжен радиально направленными пальцами, входящими в период опускания сооружения на дно в зацепление с выдвижной внутренней стойкой, предназначенной для забуривания или забивания в грунт морского дна в качестве сваи.
Недостатком известной опоры является неглубокое забуривание в грунт, что влияет на устойчивость, а так же жесткое крепление, не способное к рассеиванию колебаний грунта.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению решением является «Колонна» (Авторское свидетельство SU 1038439, МПК Е04С 3/30, 30.08.1983 г.), включающая трубу, заполненную жидкостью, и обжимающий ее поршень, отличающаяся тем, что с целью повышения несущей способности конструкции, труба выполнена составной по высоте из отдельных элементов, каждая пара которых соединена между собой общим поршнем, имеющим закрепленную на нем опорную плиту для элементов перекрытия, причем колонна снабжена уплотнителем, выполненным в виде бочкообразной эластичной камеры, заполненной жидкостью.
Таким образом, изобретение позволяет полностью использовать несущую способность материала стенок трубы при восприятии сжимающих нагрузок, причем труба может быть и не металлической.
Недостатком колонны является недостаточно долгий срок эксплуатации, необходимость в регулировке и невозможность применения на территориях со сложным грунтом, а так же в сейсмически активных районах.
Задачей, стоящей перед изобретением, является расширение возможностей применения металлической опоры (в любой сложности грунтах: в зоне вечной мерзлоты, северных грунтах, в болотистой местности, в тундре и лесотундре, в пустыне, в районах затоплений и подверженных селевым потокам, в районах ураганов и смерчей), сейсмоустойчивость и долговечность, а так же экономичность в эксплуатации, обусловленная длительным сроком использования.
Задача решается за счет того, что данная опора изготавливается с использованием труб из нержавеющей стали (обеспечивающих экономическую выгодность конструкции, так как она может эксплуатироваться в течение долгого времени без замены и профилактики), соединенных между собой чистовыми болтами с шагом резьбы не более 1,0 мм, и имеет гидравлический амортизатор, работающий на сжатие, обеспечивающий подвижность опоры по вертикальной оси.
Сущностью данного технического решения является то, что металлическая опора, предназначенная для скалистых грунтов, выполняется в виде сваи из нержавеющей стали Ø 325·20 мм, которая заглубляется в грунт на 2/3 от общей высоты с учетом высоты гидравлического амортизатора, с прибавлением 50% высоты на степень риска (аномальные ситуации).
Опора состоит из телескопически встроенных одна в другую труб разного диаметра. Труба меньшего диаметра помещается внутри трубы большего диаметра и имеет подвижность относительно последней за счет подшипников закрытого типа, установленных на кронштейнах. Гидравлический амортизатор, работающий на сжатие, позволяет конструкции двигаться вертикально, сохраняя устойчивость и не подвергаясь деформации во время движения грунта или сейсмических явлений.
Из расчета, высота (Н) опоры равняется трем метрам с учетом амортизатора. Таким образом, в землю забивается Н=2,0·3,0+0,5·3,0=6,0+1,5=7,5 м.
Согласно другому варианту выполнения конструкции - для заводненной, болотистой или песчаной местности - высота рассчитывается по формуле:
Нобщ=(Нп+Нн)·2+0,5(Нп+Нн);
Нобщ=(Нп+Нп)·2,5,
где Нп - толщина подвижного грунта,
Нн - толщина неподвижного грунта.
В забуриваемой обсадной трубе, согласно первому варианту возведения конструкции, в разбежку выполняются отверстия от отметки 2/3 высоты и по всей высоте. Данная труба заполняется цементным раствором для придания ей большей плотности и предотвращения деформации опоры. Таким образом, бетонная смесь, проходя сквозь отверстия, осуществляет уплотнение грунта и устраняет зазор в 12,5 мм, образующийся при забуривании.
При применении второго варианта возведения металлической опоры, свая заглубляется в грунт на 1/3 погруженной части, а затем вбивается в грунт на оставшиеся 2/3 высоты. Таким образом, отверстия выполняются только на 1/3 высоты.
Металлическая опора, предназначенная для скалистых грунтов, и способ ее возведения поясняются графической частью:
На фиг.1 - Общий вид металлической опоры;
На фиг.2 - Узел 1. Гидравлический амортизатор с частью трубы ⌀ 426·20;
На фиг.3 - Узел 2. Соединительный узел;
На фиг.4 - Разрез 1-1. Расположение подшипников закрытого типа.
Данная металлическая опора (фиг.1) изготавливается из двух материалов. Подземную часть изготавливают из нержавеющей стали, изготовление надземной части, возможно, из легированной высокопрочной стали, но рекомендуется изготавливать данную конструкцию полностью из нержавеющей стали для долговечности. Резку нержавеющей стали производят электрической или пневматической шлифовальной машинкой, во избежание нарушения структуры металла. Опору зачищают от окалины до металлического блеска и покрывают несколькими слоями высокопрочного сплава против коррозии.
Для возведения металлической опоры используют сваю из нержавеющей стали (фиг.1), ⌀ 325·20, которую заглубляют в грунт с остатком на поверхности не менее 0,5 м. Забивку трубы молотом производят с помощью прокладки из дюраля или иных полутвердых металлов во избежание деформации торца трубы.
Затем сверху на нее наращивают трубу (фиг.3). В связи с тем что сварка не применяется, при наращивании используют соединительные патрубки высотой 250 мм и толщиной стенки 25 мм. Первый такой патрубок Г-образной формы сечения имеет выступ, равный 20 мм, которым он опирается на наращиваемую трубу, упрочняя конструкцию при вертикальных нагрузках. Трубу и патрубок соединяют при помощи чистовых болтов с шагом резьбы не более 1 мм.
Сверху на первый патрубок устанавливают второй, толщиной сечения 25 мм и высотой 250 мм, так же Г-образной формы сечения, имеющий выступ, равный 45 мм в наружную сторону. После этого надставляют трубу ⌀ 325·20 и закрепляют чистовыми болтами.
На трубу ⌀ 325·20 устанавливают патрубок с односторонней заглушкой, на которую монтируют башмак гидравлического амортизатора и закрепляют чистовыми болтами.
Трубу ⌀ 325·20, перекрывают трубой ⌀ 426·20 не менее чем на 2,5 м с учетом высоты гидравлического амортизатора (фиг.2). Зазор между трубами составляют из расчета 426-40=385 мм, 386-325=61 мм, 61:2=30 мм. Данный зазор заполняют шариковыми подшипниками на кронштейнах, что минимизирует силу трения (фиг.4). Верхний срез трубы ⌀ 426·20 закрывают съемной заглушкой, предусматривающей периодическую профилактику амортизатора, которая крепится на болтах и имеет углубления для движения шариковых подшипников на своей нижней плоскости.
От нижнего среза трубы ⌀ 426·20 до трубы меньшего диаметра в месте наращивания, крепят посредством хомутов материал, исключающий проникновение влаги (резиновая гофра) (фиг.3), которая может воздействовать на подшипники, приводя к их коррозии.
Все соединения осуществляют посредством чистовых болтов с резьбой шагом не более 1,0 мм, что противостоит их произвольному раскручиванию от резонансных явлений. Сварные швы не применяют, так как в местах сварных соединений из-за перепада температур происходит изменение структуры металла, что в разы увеличивает возможность образования трещин.
Металлические изделия, кронштейны и заглушки покрывают антикоррозийным металлом путем анодирования.
Полости труб заполняются цементным раствором.
Техническим результатом применения предлагаемого изобретения является возможность использования металлической опоры (в любой сложности грунтах: в зоне вечной мерзлоты, северных грунтах, в болотистой местности, в тундре и лесотундре, в пустыне, в районах затоплений и подверженных селевым потокам, в районах ураганов и смерчей), сейсмоустойчивость и долговечность, а так же экономичность в эксплуатации и длительный срок использования.
Таким образом, задача, поставленная перед изобретателем, решена.
1. Металлическая опора, состоящая из нескольких телескопически соединенных труб, выполненных из нержавеющей стали для заполнения их жидкостью, отличающаяся тем, что нижняя труба выполнена с закругленным нижним основанием, а по боковой поверхности этой трубы, в разбежку, выполнены отверстия, кроме того, металлическая опора снабжена размещенным в верхней ее части гидравлическим амортизатором в виде труб с расположенными на внешней плоскости верхнего основания верхней трубы полукруглыми углублениями для шариковых подшипников и надетой на него трубой большего диаметра, имеющей съемную заглушку с выемками для шариковых подшипников, а образовавшийся зазор заполнен подшипниками закрытого типа, закрепленными с помощью кронштейнов на нижней трубе.
2. Металлическая опора по п.1, отличающаяся тем, что в качестве жидкости использована бетонная смесь.
3. Металлическая опора по п.1, отличающаяся тем, что в месте соединения нижнего среза трубы большего диаметра с трубой меньшего диаметра закреплена водонепроницаемая прокладка.
4. Способ возведения металлической опоры по п.1, характеризующийся тем, что в скалистый грунт опору забуривают на 2/3 высоты с учетом высоты гидравлического амортизатора, с прибавлением 50% высоты амортизатора, затем вводят бетонную смесь.
5. Способ возведения металлической опоры по п.4, характеризующийся тем, что при монтаже опоры в более мягкие грунты забуривание опоры проводят на 1/3 высоты, а остальную часть забивают молотом, после чего вводят бетонную смесь.
