PL184271B1 - Konstrukcja stalowa wzmacniająca - Google Patents

Abstract

1 . Konstrukcja stalowa wzmacniajaca, majaca korpus wygiety w ksztalt luku, który zawiera pierwszy szereg wygietych faliscie plyt metalowych, polaczonych ze soba, stanowiacych podstawowa czesc luku o okreslonym przekroju poprzecznym, wysokosci i dlugosci, przy czym korpus ma wypukla czesc stropowa zakonczona czesciami bocznymi, zas pofalowane plyty meta lowe maja okreslona grubosc, a fale sa ulozone poprzecznie do dlugosci luku korpusu, zas pofalowania ksztaltuja szeregi zakrzywionych belek w tej kon- strukcji, która ponadto zawiera drugi szereg, metalowych plyt polaczonych ze soba, nachodzacych i stykajacych sie z pierwszym szeregiem plyt lukowato wygietego korpusu, przy czym drugi szereg plyt jest ulozony w kierunku po- przecznym nad co najmniej czescia stropowa luku pierwszego szeregu plyt i jest zamocowany bezposrednio do pierwszego szeregu polaczonych plyt, przy czym pomiedzy polaczonymi w szeregi drugich i pierwszych plyt jest wiele, usytuowanych poprzecznie, zamknietych, ciaglych przestrzeni, a kazda zamknieta przestrzen jest otoczona przez powierzchnie wewnetrzna pierwsze- go szeregu plyt i przeciwlegla powierzchnie wewnetrzna drugiego szeregu plyt, znamienna tym, ze w ciaglych przestrzeniach (80) jest usytuowane wypelnie- nie betonowe (86) na calej dlugosci konstrukcji, przy czym powierzchnia wypelnienia betonowego (86) stanowi powierzchnie styku betonu (86) po- miedzy plytami (18, 24) pierwszego i drugiego szeregu, zas na powierzch- niach wewnetrznych kazdej z plyt (18,24) pierwszego i drugiego szeregu, sa usytuowane laczniki wiazace (96,126,130), stanowiace sztywne elementy plyt (18, 24) pierwszego i drugiego szeregu korpusu lukowego, przy czym laczniki wiazace (96,126,130) razem z wypelnieniem betonowym (86) prze- strzeni (80), pomiedzy szeregami faliscie wygietych plyt (18,24), ksztaltuja belki usztywniajace konstrukcji. FIG.3. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest stalowa konstrukcja wzmacniająca.

Tego typu konstrukcja jest stosowana zwłaszcza jako wzmocnienie podziemnych obiektów inżynierskich takich jak wiadukty, przepusty, tunele, kanały burzowe, kanały ściekowe, kanały przelewowe, tunele transportowe i obsługowe przeznaczonych dla autostrad, torów kolejowych, lotnisk, w budynkach użyteczności publicznej, obszarach rekreacyjnych, przemysłowych, projektów przeciwpowodziowych i zachowawczych, oczyszczaniu zanieczyszczeń w wielu innych.

Znane są konstrukcje wzmacniające w postaci faliście ukształtowanych płyt łukowato wygiętych, które po umieszczeniu w miejscu przeznaczenia zasypuje się. Dlatego podstawowym wymaganiem jest, aby przeważnie cienkie arkusze metalowe były odporne na względnie duże

184 271 obciążenia występujące dookoła ich obwodu. Takimi obciążeniami sąpoprzeczne parcia gruntu, ciśnienie wody gruntowej, parcie przykrycia, jak również inne obciążenia ruchome i/lub nieruchome występujące nad konstrukcją. Wytrzymałość takiej konstrukcji na obciążenia obwodowe jest bezpośrednio związana z profilem falistym i grubością. Podczas kiedy równomiernie rozłożone obciążenia po obwodzie konstrukcji, takie jak parcie gruntu i wody, nie powoduje niestabilności konstrukcji te nierównomierne obciążenia lub miejscowe stany obciążeniowe, takie jak nierównomierne rozłożenie parcia gruntu podczas zasypywania albo obciążenia ruchome działające na konstrukcje z powodu ruchu pojazdów są bardzo niebezpieczne. Nierównomierne rozłożenie parcia gruntu podczas zasypywania konstrukcji powoduje jej zniekształcenie.

Miejscowe obciążenia pionowe, takie jak obciążenia związane z ruchem pojazdów przykładane do konstrukcji łukowych, będą wytwarzały w niej zarówno naprężenia zginające jak i naprężenia osiowe. Naprężenia zginające są wywoływane przez skierowane do dołu odkształcenie górnej części konstrukcji, wytwarzając w ten sposób dodatnie momenty zginające w stropowej części konstrukcji wzmocnienia i ujemne momenty zginające w okolicach części bocznych. Naprężeniami osiowymi są naprężenia ściskające wywołane przez składową siłę obciążenia ruchomego, działającą wzdłuż przekroju konstrukcji łukowej. W zasypanej konstrukcji łukowej stosunek naprężenia zginającego do naprężenia osiowego występujący przy konkretnych obciążeniach pionowych zmienia się zgodnie z grubościąprzykrycia. Im grubsze jest przykrycie, tym bardziej rozłożone jest obciążenie pionowe. Naprężeniem w konstrukcji łukowej pod grubym przykryciem jest więc głównie naprężenie osiowe.

Faliste arkusze metalowe łatwiej ulegają uszkodzeniu przy wyginaniu niż przy ściskaniu osiowym. W tradycyjnych konstrukcjach łukowych z falistych płyt metalowych naprężenia zginające, wytwarzane przez obciążenia ruchome na skutek zwiększania grubości przykrycia, rozkładają się lokalnie na grubości przykrycia i na większej powierzchni łuku, zaś naprężenia zginające działające na łuk są zminimalizowane i większość obciążenia jest przekształcana na siły osiowe. Jednak jest oczywiste, że, poprzez zwiększanie grubości przykrycia, parcie gruntu na konstrukcję jest zwiększone i dlatego wymagane są bardziej wytrzymałe blachy metalowe. Zapotrzebowanie na grube blachy wytwarza także kilką ograniczeń projektowych, takich jak ograniczenie rozmiaru obrysu prześwitu pod konstrukcją albo kąta podejścia jezdni nad konstrukcją. W sytuacji, w której ograniczona jest grubość przykrycia i jest ono płytkie, problem obciążeń ruchomych jest tradycyjnie rozwiązywany poprzez zastosowanie wydłużonej płyty zmniejszającej naprężenia, zwykle wykonanej z wzmocnionego betonu, w pobliżu albo tuż pod jezdnią, rozciągającej się nad obszarem płytkiego przykrycia. Wydłużona płyta działała jak urządzenie do rozkładania obciążenia tak, że lokalne obciążenia od pojazdów rozkładają się na większym obszarze na powierzchni metalowego łuku. Płyta zmniejszająca naprężeniajest wykonana na budowie, co zwiększa czas wykonania całej konstrukcji i powodując wzrost kosztów.

Znane są wzmocnienia konstrukcji łukowej z falistej płyty metalowej w postaci żeber wzmacniających. Z opisu patentowego USA nr 4,141,666 znane są elementy wzmacniające usytuowane po zewnętrznej stronie przepustu, w celu zwiększenia jego nośności. Jednak odcinki konstrukcji pomiędzy żebrami wzmacniającymi są znacznie słabsze niż żebra wzmacniające i dlatego przy obciążeniu istnieje różnica odchylenia albo efekt falowania wzdłuż długości konstrukcji. W celu zmniejszania tej wady, do wnętrza przepustu są zamocowane elementy wzdłużne, zmniejszające falowania, zwłaszcza wzdłuż części stropowej i bazowej. Oczywistym jest, że w przypadku zastosowania konstrukcji na przykład nad korytami strumieni, nie jest pożądane stosowanie wewnątrz konstrukcji żadnych mocowań, z powodu działalności niszczącej lodu i wody.

Z opisu patentowego USA nr 4,318,635 znana jest konstrukcją, w której do powierzchni wewnętrznej/zewnętrznej przepustów zamocowano wiele łukowych żeber wzmacniających, w celu zapewnienia wzmocnienia boków, części stropowej i pośrednich części albo bocznych. Chociaż takie oddalone od siebie żebra wzmacniające zwiększają wytrzymałość konstrukcji na obciążenia, nie przezwyciężają one wygięć w konstrukcji i dodają konstrukcji niepotrzebną masę poprzez nadmierne wzmocnienie. Ponadto, mocowanie żeber wzmacniających w konstrukcji

184 271 jest często czasochłonne i skomplikowane. Nieciągłość wzmocnienia i stąd zmiany sztywności wzdłuż długości konstrukcji utrudniają opracowanie pełnej wytrzymałości momentu plastyczności przekroju, w ten sposób powodując powstanie projektu, który jest ogólnie niepotrzebnie zachowawczy i nieekonomiczny.

Z opisu patentowego DE 26 57 229 znane jest wzmocnienie w postaci konstrukcji zawierającej połączone ze sobą za pomocą łączników, faliście ukształtowane płyty. Płyty te stanowią jedynie formę dla wypełnienia betonowego.

Konstrukcja ta zapewnia jedynie opór na obciążenie osiowe, a zastosowane tu łączniki zabezpieczają beton przed działaniem naprężeń pochodzących od metalowej skorupy. Naprężenia będą absorbowane przez fale, zaś iły ściskające będą absorbowane przez wypełnienie betonowe.

Opis patentowy USA nr 3,508,406 ujawnia konstrukcje łukowe posiadające giętką, falistą metalową skorupę z usytuowanymi wzdłużnie, po obu stronach konstrukcji metalowej betonowymi przyporami. Ujawniono, że w przypadku konstrukcji łukowej o dużej rozpiętości, betonowe przypory są połączone poprzez dodatkowe elementy usztywniające, ułożone nad górną częścią konstrukcji. Podobnie, w opisie patentowym USA nr 4,390,306 ujawniona konstrukcja łukowa, w której element usztywniający, rozkładający obciążenie, jest przymocowany do korpusu łukowego, rozciąga się wzdłużnie przez większość długości konstrukcji. Wzmocniona konstrukcja łukowa korzystnie zawiera rozciągające się wzdłużnie przypory rozkładające obciążenie po obu stronach łuku. Usztywnienie górne rozciągające się wzdłużnie i przypory mogąbyć wykonane z betonu albo metalu, oraz mogą nawet zawierać odcinki płyty falistej, z jej grzbietami rozciągającymi się na długości przepustu.

W powołanym opisie konstrukcja ma ciągłe wzmocnienie za pomocą usztywnienia stropowego i przypór. Przypory są tak zaprojektowane, aby zapewniały giętkiej konstrukcji stabilność podczas mocowania, to znaczy przed całkowitym zasypaniem konstrukcji i podtrzymywaniem go przez grunt nasypowy. Zapewniają one odpowiednie długości wzmocnionego materiału w takich miejscach, że przeciwdziałają odkształceniom podczas stosowania sprzętu zagęszczającego i zasypującego, umożliwiając kontynuowanie procedury zasypywania bez uszkodzenia kształtu konstrukcji. Usztywnienie górne z wewnętrznymi stalowymi prętami wzmacniającymi obciąża górną część konstrukcji, zapobiegając wybrzuszeniu jej podczas początkowego zasypywania i ubijania, oraz rozkłada obciążenie, które pomaga rozprowadzać obciążenia pionowe działające na konstrukcję, w ten sposób zmniejszając wymagane minimalne przykrycie ziemią. Usztywnienie górnej części łuku w kierunku wzdłużnym konstrukcji poprzez zastosowanie śrub ścinanych do połączenia betonowej belki ze stalowym łukiem, zapewnia odporność na zginanie dodatnie na górze łuku. Jednak usztywnienie nie daje odporności na ujemne momenty zginające, które często występują w brzegowych częściach łuków, płytko przykrytych i w łukach o dużej rozpiętości. Celem zastosowania oddalonych od siebie elementów poprzecznych pomiędzy elementem usztywniającym górnym i przyporami bocznymi jest zapewnienie konstrukcji pewnej sztywności, dla zapobiegania odkształcaniu podczas zasypywania. Nie są one elementami zaprojektowanymi w celu przeciwdziałania momentom ujemnym. Ponadto, podczas gdy giętka konstrukcją łukową jest, przy występowaniu obciążeń ruchomych poddawana działaniu dodatnich momentów zginających w stropie, to jest ona poddawana działaniu w tym samym miejscu na ujemne momenty zginające podczas zasypywania. Dodatkowo wywierane naciski z boków, będąpowodowały odkształcenia. Element usztywniający górny jest zaprojektowany w celu wykorzystania połączenia ścinąjąco -spajającego pomiędzy betonem i stalą w celu przeciwdziałania dodatnim momentom zginającym w górnej części łuku, to ujemne momenty zginające, występujące w tym samym rejonie podczas zasypywania, są powstrzymywane po prostu poprzez zastosowanie prętów wzmacniających, w górnej części betonowej płyty. Wymaga to odlewania na budowie i zbrojenia, niekorzystnie wypływające na koszty produkcji. Ponieważ element usztywniający górny i przypory boczne mają znaczne rozmiary, to także waga kompletnej konstrukcji znacznie się zwiększa.

Z opisu patentowego USA nr 4,186,541 znany jest sposób kształtowania konstrukcji z płaskiej i falistej płyty przeznaczonej do stosowania między innymi w konstrukcjach me6

184 271 talowych łuków. Dodatkową zaletą wytrzymałości podwójnej płyty, jest połączenie ze sobą obu płyt wzdłuż przeciwległych zagłębień, zarówno bezpośrednio jak i z przekładkami dystansującymi pomiędzy nimi. Zauważono, że szczeliny pomiędzy płytami mogąbyć pozostawione puste, albo mogą być wypełnione betonem albo podobnym materiałem. Beton pomiędzy blachami może być wzmocniony konwencjonalnymi stalowymi prętami zbrojeniowymi, które mogąbyć ułożone równolegle albo poprzecznie do fałd płyt. Jest oczywiste, że kiedy beton jest umieszczany pomiędzy płytami bez zbrojenia, będzie on działał tylko jako wypełniacz i nie będzie polepszał charakterystyk wytrzymałościowych zespołu. Nawet kiedy beton jest wyposażony w pręty zbrojeniowe, to pręty zbrojeniowe nie są przeznaczone do połączenia ścinanego pomiędzy betonem i faliście ukształtowanymi pły^tami . Kiedy zespół płyt jest wystawiony na zginanie, beton i stalowe płyty działają niezależnie od siebie. Taka konstrukcja wielowarstwowa jest typowa.

Z opisu patentowego USA nr 5,326,191 ciągłe wzmocnienie w postaci falistego arkusza metalowego jest zamocowane co najmniej do stropu przepustu, rozciągając się na długości przepustu. Ten projekt przepustu rozwiązuje problem związany z oddalonymi od siebie wzmocnieniami poprzecznymi, według rozwiązań wcześniejszych i jest nieodłącznie związany ze zdolnościądo przeciwdziałania zarówno dodatnim jak i ujemnym momentom zginającym. Jednak ciągłe wzmocnienie dla konstrukcji o dużej rozpiętości może się stać kosztowne i trudne do zamocowania.

Konstrukcja stalowa wzmacniająca, według wynalazku, mająca korpus wygięty w kształt łuku, który zawiera pierwszy szereg wygiętych faliście płyt metalowych, połączonych ze sobą stanowiących podstawową część łuku o określonym przekroju poprzecznym, wysokości i długości, przy czym korpus ma wypukłą część stropową zakończoną częściami bocznymi, zaś pofalowane płyty metalowe mają określoną grubość, a fale są ułożone poprzecznie do długości łuku korpusu, zaś pofalowania kształtują szeregi zakrzywionych belek w tej konstrukcji, która ponadto zawiera drugi szereg, metalowych płyt połączonych ze sobą, nachodzących i stykających się z pierwszym szeregiem płyt łukowato wygiętego korpusu, przy czym drugi szereg płyn jest ułożony w kierunku poprzecznym nad co najmniej częścią stropową łuku pierwszego szeregu płyt i jest zamocowany bezpośrednio do pierwszego szeregu połączonych płyt, przy czym pomiędzy połączonymi szeregami drugich i pierwszych płytjest wiele, usytuowanych poprzecznie, zamkniętych, ciągłych przestrzeni, a każda, zamknięta przestrzeń jest otoczona przez powierzchnię wewnętrzną pierwszego szeregu płyt i przeciwległąpowierzchnię wewnętrzną drugiego szeregu płyt, charakteryzuje się tym, że w ciągłych przestrzeniach jest usytuowane wypełnienie betonowe na całej długości konstrukcji, przy czym powierzchnia wypełnienia betonowego stanowi powierzchnię styku betonu pomiędzy płytami pierwszego i drugiego szeregu, zaś na powierzchniach wewnętrznych każdej z płyt pierwszego i drugiego szeregu, są usytuowane łączniki wiążące stanowiące sztywne elementy płyt pierwszego i drugiego szeregu korpusu łukowego, przy czym łączniki wiążące razem z wypełnionymi betonem przestrzeniami, pomiędzy szeregami faliście wygiętych płyt, kształtują belki usztywniające konstrukcji.

Korzystne jest gdy płyty drugiego szeregu są płaskie. Płyty drugiego szeregu korzystnie mają ukształtowaną co najmniej jedną falę, która jest ułożona poprzecznie do długości korpusu łuku, a część nieckowata fali płyty drugiego szeregu jest zamocowana do części grzbietowej fali płyty pierwszego szeregu.

Płyta drugiego szeregu posiada określoną ilość fal na jednostkę szerokości płyty drugiego szeregu, większą niż ilość fal na tą samąjednostkę szerokości płyty pierwszego szeregu.

Korzystne jest gdy w przekroju poprzecznym, fale płyt drugiego i pierwszego szeregu, są zaokrąglone albo mają wieloboczny kształt.

Płyty drugiego szeregu są ułożone na rozpiętości łuku, od jednej z części bocznych, nad częścią stropową, do drugiej części bocznej konstrukcji.

Płyty drugiego szeregu są korzystnie ułożone na większej części rozpiętości konstrukcji, od rejonu środkowego jednej z części bocznych, nad częścią stropową, do rejonu środkowego drugiej części bocznej konstrukcji.

184 271

Korzystne jest gdy konstrukcja jest przepustem o przekroju w kształcie jaja, o przekroju w kształcie łuku wklęsłego, przepustem skrzynkowym, przepustem kołowym albo przepustem eliptycznym, a w szczególności gdy jest przepustem o przekroju w kształcie jaja, przepustem o przekroju łuku wklęsłego, przepustem skrzynkowym, przepustem kołowym albo przepustem eliptycznym.

Łączniki wiążące korzystnie zawierają wiele integralnych, wystających poprzecznie występów, ukształtowanych na powierzchniach płyt pierwszych i drugich szeregów, oraz korzystne jest gdy łączniki wiążące zawierćii^wystające do wewnątrz słupki zamocowane do powierzchni wewnętrznych przestrzeni pomiędzy falami płyt pierwszego i drugiego szeregu.

Korzystne jest gdy łączniki wiążące zawierają elementy wytłoczone, ukształtowane na powierzchniach wewnętrznych płyt pierwszych i drugich szeregów.

Korzystne jest gdy każda płyta drugiego szeregu posiada jedną falę, a w szczególności gdy każda płyta drugiego szeregu posiada wiele fal, pomiędzy którymi jest wiele sąsiadujących ze sobą i ułożonych poprzecznie pustych przestrzeni, przy czym w co najmniej jednej z sąsiadujących przestrzeni są usytuowane łączniki wiążące, umieszczone w wypełnieniu betonowym, zaś fale wypełnione betonem stanowią zakrzywione, usztywniające belki.

W każdej z sąsiadujących przestrzeni korzystnie są usytuowane łączniki wiążące, w wypełnieniu betonowym, zaś fale wypełnione betonem stanowią sąsiadujące grupy zakrzywionych, usztywniających belek.

Drugi szereg płyt korzystnie jest ułożony na pierwszym szeregu płyt, przy czym drugi szereg płyt ma pofalowanie ciągłe w kierunku długości pierwszego szeregu płyt, zaś wybrane przestrzenie posiadają łączniki wiążące i wypełnienie betonowe.

Każda z sąsiadujących przestrzeni posiądą korzystnie łączniki wiążące i wypełnienie betonem, stanowiące sąsiadujące, zakrzywione usztywniające belki wzdłuż długości konstrukcji.

Płyta każdego z pierwszych i drugich szeregów posiada taki sam sinusoidalny profil, zaś każda przestrzeńjest zawarta pomiędzy sąsiednim grzbietem płyty pierwszego szeregu zamocowanych śrubami do ułożonych wjednej linii z nimi sąsiednich niecek fal płyt drugiego szeregu.

Korzystne jest gdy łączniki wiążące zawierająwystające do wewnątrz słupki, zamocowane do powierzchni wewnętrznych każdej przestrzeni, przy czym słupki sąustawione naprzemiennie wzdłuż przeciwległych powierzchni wewnętrznych płyt pierwszego i drugiego szeregu.

Faliste płyty pierwszego i drugiego szeregu posiadają korzystnie sinusoidalny profil o dobranej głębokości w zakresie od 25 mm do 150 mm i skoku w zakresie od 125 mm do 450 mm.

Korzystne jest gdy rozpiętość korpusu łukowego jest większa od 15 m.

Na każdym końcu pustej przestrzeni są usytuowane otwory w których są umieszczone zatyczki, a w szczególności otwory są usytuowane na płytach drugiego szeregu.

Zespolone belki metalowo-betonowe według wynalazku wzmacniają odporność konstrukcji zarówno na dodatnie jak i ujemne momenty zginające, wywoływane zarówno przez parcie na nią ciężkiego obciążenia ruchomego pochodzącego od pojazdów jak i podczas operacji zasypywania tej konstrukcji. Każda ciągła, wypełniona betonem przestrzeń, pomiędzy połączoną górną i dolną płytą według niniejszego wynalazku będzie działała jako belka betonowa zespolona z metalem, działająca jako zakrzywiony element usztywniający, odporny na moment zginający io bciążenia osiowe.

Zaskakującą korzyścią wypływaąącąz różnych przykładów wykonania niniejszego wynalazku zapewniających wzmocnienie konstrukcji jest to, że rozpiętości konstrukcji mogą być bardzo zwiększone w porównaniu z tradycyjnie stosowanymi konstrukcjami łukowymi ze stali, które posiadają inne typy elementów usztywniających. Poprzez zastosowanie unikalnego zakrzywionego elementu usztywniającego z połączonego materiału betonowego i metalowego, posiadającego połączenie wiążące na powierzchni styku, można wykonać bardzo znaczące modyfikacje ukształtowania łukowego w celu zapewnienia nowych obrysów prześwitów. Żadne z konstrukcji wcześniejszych nie umożliwia modyfikacji standardowej konstrukcji łuku, ponieważ te standardowe konstrukcje łukowe mają ograniczone wymiary, które uważano za jedyne, kształtujące konstrukcję odporną na momenty zginające. Kiedy drugi szereg płyt rozciąga się od

184 271 podstawy zjednej strony łuku do podstawy z drugiej strony łuku, to powiększenie połączonej wytrzymałości osiowej i zginanej będzie się rozciągać w całej konstrukcji łukowej. Wypełnienie ciągłych przestrzeni pomiędzy płytami a betonem zapewnia ukształtowanie zakrzywionych belek, w których występuje współpraca betonu z metalem, umożliwiająca projektantowi zaprojektowanie unikalnych kształtów zakrzywionej konstrukcji, w celu ukształtowania różnych typów obrysów prześwitów, minimalnego przykrycia i łagodniejszych nachyleń podejść. Takie alternatywne ukształtowania mogąbyć osiągnięte tylko dzięki konstrukcjom wiaduktów wzmocnionych lanym betonem.

Dalszą korzyścią, która wypływa z możliwości projektowania nowych obrysów prześwitów dla konstrukcji łukowo ukształtowanej, jest dostarczenie rejonów znajdujących się pod łukiem, ale na zewnątrz obszaru dolnego przejazdu, w obrysie prześwitu, które to rejony pełnią, rolę koryt wodnych, chodników, odwodnień, pomocniczych przejść dla pieszych, zwierząt i ruchu małych pojazdów, takich jak rowery. Chociaż można zapewnić przestrzeń dla tych dodatkowych funkcji w droższych do wybudowania wiaduktach betonowych, konstrukcja typu łukowego według niniejszego wynalazku osiąga te cechy przy znacznie mniejszym koszcie.

N iniej szy wynalazek przezwycięża problemy związane zo bciążeniami ruchomymi występującymi nad konstrukcjami łukowymi o małych przykryciach, poprzez zwiększenie wytrzymałości na momenty zginające samej konstrukcji łukowej w częściach stropowych i bocznych. Umieszczenie ciągłej, zakrzywionej konstrukcji usztywniającej zapewnia odporność na dodatnie i ujemne momenty zginające. Ponadto, podczas etapu mocowania konstrukcji, w części stropowej może mieć miejsce wybrzuszanie spowodowane parciem ziemi działającym na boki. W tej sytuacji w stropowej części konstrukcji pojawi się zginanie ujemne, na które konstrukcja łukowa betonowo/stalowa, według niniej szego wynalazku, jest równie odporna. To stanowi znaczącą zaletę w porównaniu z dowolnymi rozwiązaniami wcześniejszymi, które są głównie projektowane na ograniczonąodporność na momenty dodatnie, oraz które nie sązdolne dojednoczesnej odporności na momenty ujemne bez dodatkowych starannie wykonanych środków wzmacniających. Ponadto, poprzez zwiększenie odporności na momenty zginające z zakrzywionej części bocznej konstrukcji wystawionej na działanie połączone obciążenia zginające i osiowego, połączona odporność na obciążenia zginające i osiowe także się zwiększa.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia konstrukcję stalową w widoku perspektywicznym, fig. 2 - widok od czoła konstrukcji z fig. 1, fig. 3 - przekrój wykonany wzdłuż linii 3-3 z fig. 1, fig. 4 - przekrój wykonany wzdłuż linii 4-4 z fig. 1, fig. 5- alternatywny przykład wykonania połączeń wiążących z fig. 3, fig. 6 - powiększony widok połączenia ścinanego przymocowanego do wnętrza jednej z płyt faliście ukształtowanych, fig. 7 - przekrój podobny do tego z fig. 3, przedstawiający końcówkę do wstrzykiwania zaprawy, przeznaczona do wprowadzania betonu do zamkniętej przestrzeni, fig. 8 - fragment płyty falistej w przekroju, na której powierzchni są usytuowane łączniki, fig. 9 - fragment płyty falistej w przekroju, na której powierzchni sąusytuowane łączniki o innym kształcie, fig. 10 przedstawia przekrój przez płytę faliście ukształtowaną w pierwszym przykładzie wykonania, fig. 11 przedstawia przekrój przez płytę faliście ukształtowaną w kolejnym przykładzie wykonania, fig. 12 przedstawia przekrój przez płytę faliście ukształtowaną w innym przykładzie wykonania, fig. 13 przedstawia przekrój przez płytę faliście ukształtowaną w innym przykładzie wykonania, fig. 14 przedstawia przekrój przez płytę faliście ukształtowaną w kolejnym przykładzie wykonania, fig. 15 przedstawia przekrój przez płytę faliście ukształtowaną w innym przykładzie wykonania, fig. 16 przedstawia przekrój przez płytę faliście ukształtowanaw następnym przykładzie wykonania, fig. 17 i 18 przedstawia przekrój przez konstrukcję według rozwiązań znanych.

Na figurze 1 przedstawiona jest konstrukcja łukowato wygiętego arkusza metalowej płyty o dużym promieniu. Rozpiętość łuku przewyższa 15 m, a korzystnie przewyższa 20 m. Konstrukcja według niniejszego wynalazku z rozstawem w tym zakresie jest zdolna do podtrzymywania dużych obciążeń, takich jak obciążenia pochodzące od dużego ruchu pojazdów, z minimalną warstwą przykrywającą i bez betonowej płyty odciążającej albo innego typu elementów

184 271 odciążających albo rozkładających naprężenia nad konstrukcją łukową. Jest oczywiście zrozumiałe, że konstrukcja łukowa według niniejszego wynalazku może być wykorzystana dla mniejszych rozstawów, gdzie odgrywają, rolę konkretne wymagania techniczne. Alternatywnie, stal można zastąpić innymi metalami o mniejszej wytrzymałości, takimijak stopy aluminium, dzięki polepszonym zdolnościom preferowanego ukształtowania do przenoszenia obciążeń.

Na figurze 1 jest przedstawiona konstrukcja łukowa powszechnie nazywana łukiem wklęsłym. Konstrukcja może mieć również kształtjajowaty, skrzynkowy, okrągły, eliptyczny i tym podobne. Konstrukcja 10 posiada rozstaw, oznaczony linią 12, i wysokość, oznaczoną linią 14. Kształt przekroju łuku, w połączeniu z wymiarem wysokości i wymiarem rozstawu określą obwód prześwitu dla konstrukcji łukowej. Taka konstrukcja jest przeznaczona dla tuneli o ruchu przebiegającym pod spodem, typu ruch pieszych, samochodów osobowych, ciężarówek, pociągów i tym podobne. Alternatywnie, łuk 10 może być zastosowany jako przepust rzeczny albo innego typu koryto wodne. Podstawa 16 łuku jest posadowiona na odpowiednich stopach zgodnych ze standardowymi technikami wznoszenia łuków. Konstrukcja 10 jest ukształtowana poprzez wzajemne połączenie pierwszego szeregu odpowiednio ukształtowanych faliście płyt stalowych 18, przy czym ich połączenie jest oznaczone linią kropkową 20. Pierwszy szereg płyt wzajemnie połączonych tworzy bazową konstrukcję łuku zapewniając pożądany rozstaw 12 przekroju i wysokość 14. Kierunek długości łukujest oznaczony linią22, która określa ilość wzajemnie połączonych płyt, które są konieczne do zapewnienia pożądanej długości łuku. Długość łukujest przede wszystkim zdeterminowana szerokością przejścia nad łukiem. Pierwszy szereg faliście ukształtowanych i wzajemnie połączonych płyt dostarcza odpowiednią ilość zakrzywionych belek. Każda fałda 21 przebiegająca w poprzek łuku stanowi zakrzywioną belkę, która przeciwdziała dodatnim i ujemnym momentom zginającym io bciążeniom osiowym.

Jak to przedstawiono na fig. 3, powyginane faliście płyty metalowe, mają określoną grubość, oraz mają ukształtowane grzbiety i zagłębienia rozciągające się poprzecznie do długości 22 łuku. Według różnych aspektów wynalazku, betonowe elementy usztywniające wystające z metalu są ułożone na różne sposoby poprzez umieszczenie szeregu drugich płyt 24 na górze pierwszego szeregu płyt 18. Aby urzeczywistnić zalety niniejszego wynalazku, wzmacniające usztywnienie betonowo/metalowe jest ukształtowane poprzez umieszczenie betonu pomiędzy płytami 18, 24 pierwszego i drugiego szeregu.

W pierwszym przykładzie wykonania płyty 24 drugiego szeregu faliście ukształtowane jest ułożony w sposób ciągły zarówno w poprzecznym jak i wzdłużnym kierunku łuku. Płyty 24 drugiego szeregu są nałożone na płyty 18 pierwszego szeregu. Każda z płyt 24 drugiego szeregu posiada określoną grubość oraz ma ukształtowane grzbiety i niecki rozciągające się poprzecznie do długości 22 łuku. Niecki płyt 24 drugiego szeregu są przymocowane do grzbietów płyt 18 pierwszego szeregu. Płyty 24 drugiego szeregu kończą się na linii 26, przy czym linie 28 oznaczają połączenie płyt 24 drugiego szeregu. Jak to zostanie opisane w odniesieniu do fig. 2, płyt 24 drugiego szeregu mogą się rozciągać na całym przekroju poprzecznym łuku albo na jego większej części, w zależności od wymagań projektowych łuku w związku z zapotrzebowaniem na odpowiednie elementy usztywniające diazakrzywionychbelekkonstrukcji. Płyty 24 drugiego szeregu rozciągają się na długości łuku dla podtrzymania obciążeń. Jest zrozumiałe, że przy umieszczaniu przykrycia, w zależności od kąta oparcia albo kształtu boków przykrycia, część korpusu łuku może rozciągać się poza przykrycie, ponieważ nie przenosi żadnego obciążenia, nie ma konieczności stosowania płyt 24 drugiego szeregu w tym rejonie stropu i/lub fragmentów bocznych łuku.

Jak to zostanie opisane bardziej szczegółowo w odniesieniu do następnych figur, puste przestrzenie utworzone pomiędzy grzbietami fal, w tym przykładzie wykonania płyt 24 drugiego szeregu i nieckami płyt 18 pierwszego szeregu, które rozciągająsię od odcinka końcowego 26 dla każdego rejonu bocznego łuku, są wypełniane betonem, a następnie zamknięte odpowiednią zatoczką 30. W grzbietach płyt 24 drugiego szeregu są wykonywane otwory 32, poprzez które wstrzykuje się beton do zamkniętej, pustej przestrzeni, jak pokazano strzałką34. Jest zrozumiałe, że wzdłuż pustej przestrzeni można umieścić kilka otworów 32, w celu ułatwienia wstrzykiwania betonu i wypełnienia pustej przestrzeni ora z uniknięcia tworzenia się luk w przestrzeniach. Za10

184 271 pewniona jest odpowiednia powierzchnia styku betonu ze stałą, c o zostanie opisane w odniesieniu do fig.3 i 4. Kiedy puste przestrzenie są wypełnione betonem, otwory 32 są zatykane odpowiednimi zatyczkami 36.

Łuk 10, jaki pokazano na fig. 2, wklęsły i posiada część stropową ukształtowaną w postać łuku 38, i przeciwległe części boczne 40, wygięte łukowato. Płyty 18 pierwszego szeregu tworzą łuk podstawowy, który rozciąga się pomiędzy stopą 42 na pierwszym końcu 44 i drugim końcem 46 umieszczonym w stopie 48. Płyty 24 drugiego szeregu rozciągają się w ciągły sposób nad częścią stropową38 i nad fragmentami części bocznych 40. Zakres rozciągania się płyt 24 drugiego szeregu nad fragmentami części bocznych 40 zależy od wymagań projektowych. Według tego przykładu wykonania, płyty 24 drugiego szeregu rozciągają się na większej części bocznej 40, powyżej powierzchni 50 przejazdu podziemnego. Jest jednak zrozumiałe, że płyty 24 drugiego szeregu mogą się rozciągać na fragmencie łuku na przykład do części podstawowych 44 i 46 łuku, albo może się rozciągać tylko do wnętrza części bocznych 40, w zależności od wymagań projektowych co do przenoszenia dodatnich i ujemnych momentów zginających i obciążenia osiowego. Jak pokazano na fig. 2, linie 20 oznaczają rejon połączenia płyt 18 pierwszego szeregu, a linie 28 oznaczają wzajemne połączenie płyt 24 drugiego szeregu.

Pod ukształtowaniem łukowym wykonuje się jezdnię 50 zgodnie ze standardowymi wymaganiami drogowymi. Stopy 42 i 48 sąumieszczane na zagęszczonej podsypce 52. Nad zagęszczoną podsypką znajduje się warstwa zagęszczonego granulatu 54. Jezdnia 50 może być wykonana z warstwy wzmocnionego betonu i/lub zagęszczonego asfaltu 56. Rozpiętość 12 i wysokość 14 są oczywiście tak wybrane, aby tworzyć skrajnie odpowiednią dla ruchu pojazdów-', przepływu wody albo tym podobnych, pod łukiem 10.

Nad łukiem 10, obszar jest zasypany zagęszczonym gruntem 58 ow zględnie minimalnym przykryciu w rejonie 60. Dla konstrukcji stalowych o dużej rozpiętości, stosowane są betonowe płyty odciążające albo podobne konstrukcje, co zostanie opisane w odniesieniu do fig. 17, w celu podtrzymywania wraz ze stalowym łukiem 10 dużych obciążeń ruchomych, takich jak ruch pojazdów na powierzchni przejazdu górnego 62. Dzięki ukształtowaniu według niniejszego wynalazku takie płyty odciążające albo inne postacie betonowego usytuowane na górze części stropowej 38, jak pokazano na fig. 18, nie są potrzebne, tam gdzie wymagane jest minimalne przykrycie 60. Jest to bardzo korzystne przy projektowaniu nawierzchni przejścia górnego 62, ponieważ nachylenie podejścia 64 jest znacznie zmniejszone. Nawierzchnia przejścia górnego 62 jest ukształtowana w znany sposób, a przekrój 66 zawiera warstwę materiału tłuczniowego i górną warstwę betonu i/lub asfaltu. Według niniejszego wynalazku, dzięki zastosowaniu rozciągających się poprzecznie, ciągłych, zakrzywionych elementów usztywniających, utworzonych przez dwa szeregi płyt, pomiędzy którymi jest wypełnienie betonowe, które z łatwością wytrzymują duże obciążenia ruchome, pochodzące od ruchu pojazdów na przejeździe górnym 62. Beton zawarty pomiędzy metalowymi płytami, wypełniający nieciągłe puste przestrzenie utworzone pomiędzy płytami 18, 24 pierwszych i drugich szeregów dostarcza wzmocnioną konstrukcję łukowąo ujednoliconym ukształtowaniu, przeciwdziałającąobciążeniom zginającym i osiowym wywieranym na tę konstrukcję.

Element usztywniający, według niniejszego wynalazku jest umieszczony w zamkniętej przestrzeni utworzonej przez zachodzące na siebie płyty 18 i 24 pierwszego i drugiego szeregu. Jak pokazano na przekroju 3-3 z fig. 3, faliście ukształtowana płyta 18 stalowa pierwszego szeregu tworzy nieckę 68 przeciwległą do grzbietu 70 płyty 24 drugiego szeregu. Według tego przykładu wykonania, płyty 18, 24 pierwszego i drugiego szeregu mają sinusoidalnie ukształtowane wycięcia, które są identyczne dla płyt 18 i 24 pierwszych i drugich szeregów. Płyty 18, 24 pierwszego i drugiego szeregu są wzajemnie połączone w miejscu, w którym wierzchołek grzbietu 72 płyty 18 pierwszego szeregu styka się z wierzchołkiem niecki 74 płyty 24 drugiego szeregu. Płyty 18, 24 mogą być przymocowane w tym rejonie za pomocą różnych typów mocowań. Korzystne jest zastosowanie śrub 76 usytuowanych w otworach, umieszczonych w jednej linii w płytach 18,24 pierwszych i drugich szeregów, mocowanych przez odpowiednie nakrętki 78. Pusta przestrzeń 80, zawarta pomiędzy powierzchniami wewnętrznymi 82,84 płyty 18 pierwsze184 271 go szeregu i płyty 24 drugiego szeregu , rozciąga się od końcówek 26 płyt 24 w ciągły sposób w poprzek łuku. Beton 86 wypełnia przestrzeń 80 w celu utworzenia powierzchni styku 88 na połączeniu betonu 86 z powierzchniami wewnętrznymi 82 i 84 odpowiednich ścian 90 i 92. Kiedy konstrukcja łukowa jest obciążone, powierzchnia styku metalu i betonu pracuje w sposób wzmacniający dzięki występom 94 umieszczonym na powierzchniach wewnętrznych 82 i 84 płyt 18, 24 pierwszych i drugich szeregów, które zapewniają połączenie ścinane na powierzchni styku 88, pomiędzy płytami metalowymi 90 i 92 a betonem 86. Odporność na ścinanie występów 94 jest dobierana w zależności od wymagań projektowych mostu łukowego 10. Jest zrozumiałe, że elementy łączące ścinanę mogą zarówno być integralne z płytami 90 i 92 jak i do nich przymocowane, przeciwdziałając ścinaniu na powierzchni styku 88. Według przykładu wykonania z fig. 3, elementami łączącymi 94 są pojedyncze słupki 96 przymocowane do powierzchni wewnętrznych 82 i 84. W tym przykładzie wykonania słupki 96 są zamocowane na wierzchołku 98 niecki 68 i na wierzchołku 100 grzbietu 70 płyt 24 drugiego szeregu. Taka lokalizacja elementów łączących, wiążących zwiększa wytrzymałość zakrzywionej części konstrukcji łukowej poprzez zapewnienie połączenia w najbardziej zewnętrznej i najbardziej wewnętrznej części elementu usztywniającego, gdzie naprężenie ścinające podczas zginania jest maksymalne.

Charakterystyki wzmacniające indywidualnych sąsiadujących zakrzywionych elementów usztywniających sąprzedstawione bardziej szczegółowo na fig. 4. Płyty 18 i 24 pierwszego i drugiego szeregu tworząciągłe zamknięcie dla betonu 86, zapewniając wzmocnionakonstrukcję betonowo/stalową dzięki łącznikom 96. Łączniki 96 wiążące zapewniająna powierzchni styku 88 wzmocnienie, a beton i stal działają zgodnie, kiedy obciążenie jest przykładane do konstrukcji łukowej. Przy tej konstrukcji według wynalazku, wzmocnione elementy usztywniające 96 w łuku są zdolne do przeciwdziałania zarówno dodatnim jak i ujemnym momentom zginającym w łuku, powodowanym przez przemieszczające się obciążenia górne, takie jak obciążenia pochodzące od ruchu ciężkich pojazdów. Inne konstrukcje nie zapewniają znacznej odporności na zginanie dodatnie i ujemne. Inne konstrukcje wymagają zastosowania płyt odciążających albo stalowych prętów wzmacniających nad konstrukcją. Innąkorzyścią, która wypływa z zastosowania wzmocnienia według niniejszego wynalazku jest to, że można zmniejszyć grubość albo masę metalu stosowanego do ukształtowania pierwszych i drugich płyt 18, 24. Korzystnie arkusze mogąbyć stalowe, lub stopy aluminium. Elementy usztywniające stalowo betonowe mogą także przyjmować znacznie większe rozpiętości i mają zmniejszone ugięcie, ą co najważniejsze, umożliwiają one zastosowanie mniejszej ilości nasypu w konstrukcji łukowej, stąd wymagając mniej zręczności przy operacji zasypywania konstrukcji łukowej albo alternatywnie są zdolne do przyjęcia materiału nasypowego względnie niższego gatunku. Zastosowanie pierwszych i drugich płyt 18,24 połączonych ze sobą w taki sposób, aby tworzyły zawarte pomiędzy nimi puste przestrzenie dla betonu, bardzo ułatwia montaż całek konstrukcji, jednocześnie zapewniając dużo zwiększone rozpiętości konstrukcji. W celu zapewnienia, że beton w przestrzeni 80 działa jako usztywnienie konstrukcji podtrzymującej, jak pokazano na fig. 4, elementy usztywniające 96 w postaci słupków są oddalone od siebie podczas mocowania do odpowiednich niecek 68 pierwszej płyty 18 i grzbietów 70 drugiej płyty 24. Ponadto, przeciwległe zestawy słupków sąułożone naprzemiennie względem siebie w celu optymalizacji połączenia ścinanego na powierzchni styku betonu i stali 88.

Jak pokazano na fig. 5, zastosowane jest alternatywne ukształtowanie dla elementów łączących 96. Niecka 68 posiada nachylone do dołu boki 102, a grzbiet 70 posiada nachylone do góry boki 104. Następnie elementy łączące 96 są umieszczane na tych nachylonych do dołu bokach niecki 68 i nachylonych do góry bokach grzbietu 70, aby w ten sposób zwiększyć ilość elementów łączących wewnątrz przestrzeni 80, jednocześnie zapewniając pożądany rozstaw w poprzecznym kierunku rozciągania się przestrzeni.

Według fig. 6, korzystne elementy łączące 96 z częścią słupkową 106 i okrągłą powiększoną główką 108 mają część bazową 110 zgrzaną za pomocą zgrzewania oporowego ze stalową ścianką 90 płyty 18. Według tego przykładu wykonania, zastosowane zgrzeiny oporowe 112 zużywają część metalu 113 podczas mocowania elementów łączących 96 na miejscu.

184 271

Przekrój z fig. 7 przedstawia przestrzeń 80 pomiędzy płytami wypełnioną betonem 86 za pomocą końcówki dyszy 114. Końcówka dyszy 114 posiada złączkę 116, która jest zamocowana do ścianki 92 płyty 24. Złączka 116 ma otwór 118, przez który beton 86 jest wstrzykiwany do pustej przestrzeni 80 w kierunku strzałki 120 poprzez podłączenie przewodu pompy do betonu ze złączką 116. Kiedy napełnianie przestrzeni 80 betonem 86 jest zakończone, odpowiednia zatyczka 124 jest nakręcana na złączkę 116 w celu zamknięcia otworu 118 i zakończenia napełniania betonem 86. Oczywistym jest, że mogą być zastosowane inne techniki wypełniania przestrzeni 80 betonem 86. Można wyposażyć koniec przewodu pompy do betonu 86 w rozłączną złączkę, którą momentalnie łączy się z otworem w ściance 92 płyty 24 w celu napełnienia betonem 86, a następnie usuwa się ją, a zatyczka albo podobny element zabezpiecza otwór w ścianie 92 płyty 24 drugiego szeregu.

Na powierzchniach wewnętrznych płyt 18 pierwszego szeregu i płyt 24 drugiego szeregu mogą być ukształtowane różne rodzaje łączników wiążących. Na fig. 8 przedstawiono oddalone od siebie łączniki wiążące 126 ukształtowane w ściance 90 płyty 18. Integralne łączniki wiążące 126 są ukształtowane wzdłuż dna niecki 98. Łączniki wiążące 126 mogąbyć wytłoczone w ściance 90 i wystawać do wewnątrz wierzchołkami 128. Po umieszczeniu w pustej przestrzeni 80, wystające do wewnątrz wierzchołki 128 zapewniają potrzebne połączenie wiążące z powierzchnią wewnętrzną 82 płyty 18. Podobnie, w alternatywnym przykładzie wykonania z fig. 9 płyta 18 pierwszego szeregu posiada ukształtowanych, na jej powierzchni wewnętrznej 82 wiele wytłoczek 130. Wytłoczki 130 są integralnie ukształtowane na powierzchni wewnętrznej 82 i mają głębokość wystarczającą do zapewnienia połączenia wiążące z betonem 80, kiedy jest on pompowany i osiada wewnątrz pustej przestrzeni 86 w złożonym konstrukcji powstałej z połączenia płyt 18, 24 pierwszego i drugiego szeregu.

Figury 10, 11 i 12 przedstawiają alternatywne ukształtowania płyt 18, 24 pierwszego i drugiego szeregu, zapewniające różny rozstaw dla zakrzywionych konstrukcji we wzdłużnym kierunku łuku. Na fig. 10 podstawa łuku jest wykonana z wielu wzajemnie połączonych płyt 18 pierwszego szeregu. W wybranych położeniach, wzdłuż podstawy łuku płyty 24 drugiego szeregu połączone są z nimi tak, że niecka 68 jest usytuowana naprzeciw grzbietu 70 płyty 24 drugiego szeregu , tworząc zamkniętą przestrzeń 80. Płyta 24 drugiego szeregu może ominąć jedną albo więcej niecek 68, aby w ten sposób dostarczyć oddalone od siebie elementy usztywniające łukowe wzajemnie połączone przez fałdy płyt 18 pierwszych szeregów. Alternatywnie, jak pokazano na fig. 11, szereg drugi płyt 24 może zawierać wiele fal dostarczających wiele grzbietów 70 i stąd wiele przestrzeni 80. Jedna albo obie z wielu przestrzeni 80 w każdym szeregu płyt 24 jest wypełniona betonem, tak jak wskazująłączniki wiążące 96. W konstrukcji według fig. 10 i 11 zakrzywione elementy usztywniające podtrzymują obciążenie, a fale płyt 18 łączą te elementy w celu dostarczeniajednolitej konstrukcji. Płyta 24 może posiadać trzy albo więcej grzbietów 70. Jednak dla blachy stalowej o szerokości 75 cm i grubości około 3 do 7 mm trudno jest ukształtować więcej niż dwa grzbiety 70 o wystarczającej głębokości i. nachyleniu. Alternatywnie, jeśli stosowana jest blacha aluminiowa o szerokości 120 cm, możliwe jest wykonanie co najmniej trzech do czterech grzbietów 70, ponieważ aluminium jest łatwiejsze do kształtowania.

W przykładzie wykonania z fig. 12 w poprzek płyt 18 umieszczony jest ciągły szereg płyt 24 drugiego szeregu. Szeregi płyt 18, 24 są połączone ze sobą śrubami 76, przy czym w pewnych miejscach będzie połączonych ze sobą do cztery grubości płyt. Chociaż komplikuje to montaż, wynikowe ukształtowanie posiadające każdąprzylegającąprzestrzeń 80 przeciwległych płyt 18, 24 pierwszych i drugich szeregów wypełnioną betonem 86 zapewnia bardzo wytrzymałe ukształtowanie optymalizujące odporność na moment zginający dodatni i ujemny oraz obciążenia osiowe w łuku podczas podtrzymywania nakładających się na siebie obciążeń albo podczas podtrzymywania konstrukcji podczas zasypywania. Jedną z zalet konstrukcji opisanej w odniesieniu do fig. 10 i 11 jest to, że szeregi wzajemnie połączonych płyt 18,24 nie zachodzą na siebie, w ten sposób unikając sytuacji, w których musi być połączonych do czterech grubości płyt, tak jak dla przykładu wykonania z fig. 12.

184 271

Figury 13 i 14 przedstawiają przykłady wykonania alternatywne pod względem wzajemnego usytuowania fal w płytach 18,24 pierwszych i drugich szeregów względem siebie. Na fig. 13 płyta 24 posiada ukształtowanie sinusoidalne, przy którym grzbiety 70 s¹ oddalone od siebie o odległości między nieckami 68 płyty 18 pierwszego szeregu. Ukształtowanie to zapewnia mniej fal w płycie 18 pierwszego szeregu, która może być wykonana z grubszego materiału niż płyta 24 drugiego szeregu, która posiada większą ilość fal na jednostkę szerokości płyty 24. Łączniki wiążące 96 są umieszczone w przestrzeniach 80, w celu ukształtowania zakrzywionego elementu usztywniającego wzmacniającego konstrukcję łukową.

Alternatywnie, jak pokazano na fig. 14, płyta 24 drugiego szeregu ma mniej fal niż płyta 18 pierwszego szeregu. Jest to odwrotność do przekroju z fig. 13, tylko skok dla obu płyt 18, 24 jest zwiększony, na co wskazuje odległość pomiędzy śrubami 76. Tak jak dla przykładu wykonania z fig. 13, w przestrzeniach 80 są umieszczone elementy łączące wiążące 96 w postaci słupków, w celu zapewnienia usztywnionych konstrukcji betonowo metalowych.

Z figury 13 i 14 jasno wynika, że przestrzeń 80 jest również ukształtowana w przekroju poprzecznym konstrukcji usztywnionej betonem zawartym pomiędzy metalowymi płytami. Na fig. 15 płyta 24 drugiego szeregu posiada grzbiety o kształcie wieloboku, który według tego przykładu wykonania ma kształt prostokątny, chociaż jest zrozumiałe, że płyta 24 może mieć inne kształty wieloboczne, takie jak trapezoidalne, trójkątne i tym podobne. Tak jak dla innych przykładów wykonania, w przestrzeniach 80 umieszczone są łączniki wiążące 96, stanowiące elementy łączące beton z metalem. W konstrukcji z fig. 15, płyta 24 drugiego szeregu z grzbietami o kształcie wielobocznym umożliwia umieszczenie większej ilości betonu powyżej płaszczyzny grzbietów płyty 18 pierwszego szeregu.

Ukształtowanie z fig. 16 posiada płaskąpłytę 24 drugiego szeregu połączonąz płytą 18 pierwszego szeregu. Tutaj płyta 24 jest płaską i leży na płaszczyźnie określonej przez wierzchołki grzbietów 72 płyty 18 pierwszego szeregu. Łączniki wiążące 96 mogą być umieszczone w przestrzeni 80 w pokazany sposób, gdzie wypełniona może być każda z przestrzeni 80. Zastosowanie płaskiej płyty 24 w szeregach płyt 24 ułatwia przyjęcie specjalnych kształtów, które mogą być konieczne przy kształtowaniu łuku, na przykład w rejonach łuku, w których promień krzywizny jest względnie mały, płaska płyta 24 może być łatwiej zakrzywiona w celu dopasowania jej do krzywizny płyty 18 pierwszego szeregu.

Dla różnych przykładów wykonania według fig. 10 do 16 kształt przekroju pustej przestrzeni 80 zmienia w dużym zakresie. Jest oczywiste, że przy kształtowaniu najefektywniejszej postaci konstrukcji metalowej wzmocnionej betonem, odpornej na momenty zginające, pusta przestrzeń 80 powinna rozciągać się powyżej i poniżej płaszczyzny grzbietów płyty 18, aby w ten sposób określić największą możliwą odległość pomiędzy zewnętrznymi i wewnętrznymi elementami usztywnienia. Preferowany kształt dla płyt 18,24 pierwszych i drugich szeregów jest opisany w odniesieniu do fig. 10 do 12, gdzie przeciwległe grzbiety płyty 24 sąjaknajdalej oddalone od przeciwległych niecek płyty 18.

Lokalne nakładające się obciążenia, takie jak ruchome obciążenia od pojazdów, wytwarzają dwa rodzaje naprężeń w giętkiej konstrukcji łukowej. Fig. 18 przedstawia typowe odkształcenie 154 występujące w konstrukcji łukowej 146 występujące przy obciążeniu lokalnym. Z powodu skierowanego do dołu obciążenia 148 działającego na strop 150 konstrukcji, w jej stropowej części są wytwarzane dodatnie momenty zginające 152, a w częściach bocznych wzbudzane są ujemne momenty zginające 154. Tą konstrukcją próbuje poradzić sobie z dodatnimi momentami zginającymi poprzez zastosowanie płyty 155. Jednak przypory 158 nie czynią nic, aby opierać się ujemnym naprężeniom zginającym w częściach bocznych, ponieważ ukształtowanie może się wyginać w tym kierunku. Pionowe obciążenie ruchome także znajdzie drogę do poprzecznego włókna przekrojowego ukształtowania, przekazując pionowe obciążenie osiowe 159 do fundamentów 156 konstrukcji. Stosunek naprężeń zginających do naprężeń pionowych w takiej konstrukcji dla określonego obciążenia pionowego zmienia się zgodnie z grubością przykrycia. Im cieńsze jest przykrycie, tym większe stają się obciążenia ruchome osiągające powierzchnię kon14

184 271 strukcji łukowej, oraz tym większe odkształcenia pojawią się w stropie i tym większe naprężenia zginające wystąpią w konstrukcji.

Standardowe elastyczne łuki 132 ukształtowane faliście z fig. 17 są mało wytrzymałe, zwłaszcza co do odporności na naprężenia zginające. Tradycyjne konstrukcje dążą do ograniczania wielkości zginania poprzez próby największego możliwego rozproszenia miejscowych obciążeń ruchomych 134 występujących nad konstrukcją. Najoczywistszym sposobem jest zwiększanie grubości gruntu przykrywającego 135. Obciążenie punktowe działające na przykrycie będzie się rozkładało na grubości gleby zgodnie z obrysem rozkładu naprężenia 138, co pokazano linią kropkową na fig. 13. Kiedy obciążenie osiągnie powierzchnię stropową 140 powłoki łuku metalowego, będzie to obciążenie, które działa na dużym obszarze powierzchni powłoki. Z tego powodu główne naprężenie w ukształtowaniu staje się naprężeniem osiowym, a nie naprężeniem zginającym. W tradycyjnych konstrukcjach giętkich łuków zasypywanych musi być zapewnione standardowe minimalne przykrycie. W sytuacji, kiedy grubość przykryciajest ograniczona i jest mniejsza niż wymagane minimum, musi być zastosowana płyta odciążająca naprężenie 142, w celu dalszego rozszerzenia obrysu rozkładu naprężenia 144 nad i na zewnątrz konstrukcji. Płyta odciążającą naprężenie 142 może znajdować się blisko szczytu łuku 132, na powierzchni 135, albo w dowolnym położeniu pośrednim. Kiedy płyta 142 znajduje się w pobliżu szczytu łuku, to kształt obrysu rozkładu naprężenia oczywiście się zmieni. W każdym przypadku ilość betonu użytego dla usztywnienia konstrukcji według niniejszego wynalazku jest znacznie mniejsza niż ta, która musi być użyta w płycie odciążającej.

Poniższe analizy inżynierskie demonstrują zaskakujące korzyści czerpane z ukształtowania według niniejszego wynalazku. Zaprojektowano kompozytowe ukształtowanie typu łukowego z falistego metalu wzmocnionego betonem typu przedstawionego na fig. 1 i 4. Pierwszy zestaw ukształtowanych faliście płyt metalowych został wykonany ze stali o grubości 3 mm przy wklęsłym profilu łuku o rozstawie 19,185 m i wysokości powyżej stóp wynoszącej 8,708 m. Drugi szereg ukształtowanych faliście płyt metalowych wykonanych ze stali o grubości 3 mm został wzajemnie połączony w taki sposób, aby nakładać się na pierwszy szereg wzajemnie połączonych płyt łuku podstawowego. Drugi szereg płyt został zamocowany w segmentach z dwoma falami rozciągającymi się poprzecznie do długości wzdłużnej łuku, z nieckami wykonanymi w drugim szeregu płyt zamocowanymi do wierzchołków pierwszego szeregu płyt, jak pokazano na fig. 11.

Przed pokryciem cynkiem, do pierwszego i drugiego szeregu falistych płyt zostały przymocowane, za pomocą zgrzewania oporowego, słupki wiążące, takie jak pokazane na fig. 6. Słupki wiążące miały średnicę 12 mm, długość 40 mm i były oddalone o 800 mm wzdłuż linii środkowej . Słupki wiążące były ułożone naprzemiennie pomiędzy płytami 18,24 pierwszego i drugiego szeregu, jak pokazano na fig. 4. W stropie drugiego szeregu płyt została umieszczona końcówka dyszy do wstrzykiwania betonu, jak pokazano na fig. 7. Do pustej przestrzeni 80 wprowadzono przez końcówkę dyszy, po zatkaniu końców pustej przestrzeni, betonowe wypełnienie o wytrzymałości na ściskanie 25 MPa.

Warunki budowlane wymagały wysokości przykrycia dla tej konstrukcji wynoszącej 1,13 m, podczas gdy współczesne standardy projektowania wiaduktów wymagają dla niewzmocnionej konstrukcji łuku metalowego minimalnej wysokości przykrycia wynoszącej 3,82 m. W celu osiągnięcia wysokości przykrycia 1,13 m, nie wzmocniona metalowa konstrukcja łukowa wymagałaby zastosowania stali o grubości 1 mm dla pierwszego szeregu płyt i stali o grubości 1 mm dla drugiego szeregu płyt wzmacniających. Nie wzmocniony łuk metalowy nie posiada wypełnionej betonem pustej przestrzeni i nie posiada słupków wiążących. Wymaga on jednak betonowej płyty odciążającej o grubości 300 mm i szerokości 20 m rozciągającej się na całej długości konstrukcji, usytuowanej na powierzchni drogi. Wzmocniona betonem konstrukcja według niniejszego wynalazku spełniała wymagania projektowe dla względnie minimalnej wielkości przykrycia bez problemów związanych z konstrukcją znaną.

Wzmocniona konstrukcja łukowa z faliście ukształtowanej płyty wzmocnionej betonem zapewniła znaczne oszczędności zarówno w kosztach materiału jak i robocizny. Koszt stali o grubości 3 mm ze słupkami był znacznie niższy niż koszt stali o grubości 1 mm bez słupków

184 271 wiążących. Dodatkowo, ilość betonu zużytego do wypełnienia pustych przestrzeni była znacznie mniejsza niż ilość betonu używanego do wykonania płyty odciążającej. Oszacowano, że koszt nie wzmocnionej konstrukcji łukowej z płyty faliście ukształtowanej razem z betonowymi płytami odciążającymi jest przynajmniej o 20% większy niż koszt konstrukcji wzmocnionej według niniejszego wynalazku.

184 271

FIG.2.

184 271

184 271

FIG.9.

184 271

184 271

184 271

FIG. 17 (PRIOR ART)

FIG. 18 (PRIOR ART)

184 271

32 '-Ν

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz

Cena 4,00 zł.

Claims (23)

Zastrzeżenia patentowe

1. Konstrukcja stalowa wzmacniająca, mająca korpus wygięty w kształt łuku, który zawiera pierwszy szereg wygiętych faliście płyt metalowych, połączonych ze sobą, stanowiących podstawową część łuku o określonym przekroju poprzecznym, wysokości i długości, przy czym korpus ma wypukłą część stropową zakończoną częściami bocznymi, zaś pofalowane płyty metalowe mają określoną grubość, a fale sąułożone poprzecznie do długości łuku korpusu, zaś pofalowania kształtują szeregi zakrzywionych belek w tej konstrukcji, która ponadto zawiera drugi szereg, metalowych płyt połączonych ze sobą, nachodzących i stykających się z pierwszym szeregiem płyt łukowato wygiętego korpusu, przy czym drugi szereg płyt jest ułożony w kierunku poprzecznym nad co najmniej częścią stropową łuku pierwszego szeregu płyt i jest zamocowany bezpośrednio do pierwszego szeregu połączonych płyt, przy czym pomiędzy połączonymi w szeregi drugich i pierwszych płyt jest wiele, usytuowanych poprzecznie, zamkniętych, ciągłych przestrzeni, a każda zamknięta przestrzeń jest otoczona przez powierzchnię wewnętrznąpierwszego szeregu płyt i przeciwległą powierzchnię wewnętrzną drugiego szeregu płyt, znamienna tym, że w ciągłych przestrzeniach (80) jest usytuowane wypełnienie betonowe (86) na całej długości konstrukcji, przy czym powierzchnia wypełnienia betonowego (86) stanowi powierzchnię styku betonu (86) pomiędzy płytami (18, 24) pierwszego i drugiego szeregu, zaś na powierzchniach wewnętrznych każdej z płyt (18, 24) pierwszego i drugiego szeregu, są usytuowane łączniki wiążące (96,126,130), stanowiące sztywne elementy płyt (18,24) pierwszego i drugiego szeregu korpusu łukowego, przy czym łączniki wiążące (96, 126, 130) razem z wypełnieniem betonowym (86) przestrzeni (80), pomiędzy szeregami faliście wygiętych płyt (18,24), kształtują belki usztywniające konstrukcji.

2. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że płyty (24) drugiego szeregu są płaskie.

3. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że płyty (24) drugiego szeregu mają ukształtowaną co najmniej jedną falę, która jest ułożona poprzecznie do długości korpusu łuku, a część nieckowata (8) fali płyty (24) drugiego szeregu jest zamocowana do części grzbietowej (70) fali płyty (18) pierwszego szeregu.

4. Konstrukcja według zastrz. 3, znamienna tym, że płyta (24) drugiego szeregu posiada określoną ilość fal na jednostkę szerokości płyty (24) drugiego szeregu, większą niż ilość fal na tą samą jednostkę szerokości płyty (18) pierwszego szeregu.

5. Konstrukcja według zastrz. 3, znamienna tym, że w przekroju poprzecznym, fale płyt (18, 24) drugiego i pierwszego szeregu, są zaokrąglone albo mająwieloboczny kształt.

6. Konstrukcja według zastrz. 3, znamienna tym, że płyty (24) drugiego szeregu są ułożone na rozpiętości łuku, od jednej z części bocznych, nad częścią stropową, do drugiej części bocznej konstrukcji.

7. Konstrukcja według zastrz. 3, znamienna tym, że płyty (24) drugiego szeregu są ułożone na większej części rozpiętości konstrukcji, od rejonu środkowego jednej z części bocznych, nad częścią stropową, do rejonu środkowego drugiej części bocznej konstrukcji.

8. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że jest przepustem o przekroju w kształcie jaja, o przekroju w kształcie łuku wklęsłego, przepustem skrzynkowym, przepustem kołowym albo przepustem eliptycznym.

9. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że jest przepustem o przekroju w kształcie jaja, przepustem o przekroju łuku wklęsłego, przepustem skrzynkowym, przepustem kołowym albo przepustem eliptycznym.

10. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że łączniki wiążące (96,126,130) zawierają wiele integralnych, wystających poprzecznie występów, ukształtowanych na powierzchniach płyt (18, 24) pierwszych i drugich szeregów.

184 271

11. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że łączniki wiążące (96,126,130) zawierają wystające do wewnątrz słupki zamocowane do powierzchni wewnętrznych przestrzeni (80) pomiędzy falami płyt (18, 24) pierwszego i drugiego szeregu.

12. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że łączniki wiążące (96,126,130) zawierają elementy wytłoczone, ukształtowane na powierzchniach wewnętrznych płyt (18, 24) pierwszych i drugich szeregów.

13. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że każda płyta (24) drugiego szeregu posiada jedną falę.

14. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że każda płyta (24) drugiego szeregu posiada wiele fal, pomiędzy którymi jest wiele sąsiadujących ze sobą i ułożonych poprzecznie pustych przestrzeni (80), przy czym w co najmniej jednej z sąsiadujących przestrzeni (80) sąusytuowane łączniki wiążące (96,126,130), umieszczone w wypełnieniu betonowym (86), zaś fale wypełnione betonem stanowią zakrzywione, usztywniające belki.

15. Konstrukcja według zastrz. 14, znamienna tym, że w każdej z sąsiadujących przestrzeni (80) są usytuowane łączniki wiążące (96,126,130), w wypełnieniu betonowym (80), zaś fale wypełnione betonem stanowią sąsiadujące grupy zakrzywionych, usztywniających belek.

16. Konstrukcja według zastrz. 3, znamienna tym, że drugi szereg płyt (24) jest ułożony na pierwszym szeregu płyt (18), przy czym drugi szereg płyt (24) ma pofalowanie ciągłe w kierunku długości pierwszego szeregu płyt (18), zaś wybrane przestrzenie (80) posiadają łączniki wiążące (96,126,130) i wypełnienie betonowe (86).

17. Konstrukcja według zastrz. 16, znamienna tym, że każda z sąsiadujących przestrzeni (80) posiada łączniki wiążące (96,126,130) i wypełnienie betonem (86), stanowiące sąsiadujące, zakrzywione usztywniające belki wzdłuż długości konstrukcji.

18. Konstrukcja według zastrz. 5, znamienna tym, że płyta (18,24) każdego z pierwszych i drugich szeregów posiada taki sam sinusoidalny profil, zaś każda przestrzeń (80) jest zawarta pomiędzy sąsiednim grzbietem (70) płyt (18) pierwszego szeregu zamocowanych śrubami do ułożonych w jednej linii z nimi sąsiednich niecek (98) fal płyt (24) drugiego szeregu.

19. Konstrukcja według zastrz. 18, znamienna tym, że łączniki wiążące (96,126,130) zawierająwystające do wewnątrz słupki, zamocowane do powierzchni wewnętrznych każdej przestrzeni (80), przy czym słupki są ustawione naprzemiennie wzdłuż przeciwległych powierzchni wewnętrznych płyt (18, 24) pierwszego i drugiego szeregu.

20. Konstrukcja według zastrz. 18, znamienna tym, że faliste płyty (18, 24) pierwszego i drugiego szeregu posiadają sinusoidalny profil o dobranej głębokości w zakresie od 25 mm do 150 mm i skoku w zakresie od 125 mm do 450 mm.

21. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że rozpiętość korpusu łukowego jest większa niż 15 m.

22. Konstrukcja według zastrz. 19, znamienna tym, że na każdym końcu pustej przestrzeni (80) są usytuowane otwory w których są umieszczone zatyczki.

23. Konstrukcja według zastrz. 22, znamienna tym, że otwory są usytuowane na płytach (24) drugiego szeregu.