СПОСОБ МОНТАЖА БАШЕННЫХ И МАЧТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ КРИВОШИПНОГО МЕХАНИЗМА Российский патент 1997 года по МПК E04H12/00 

Изобретение относится к области монтажа строительных конструкций.

В настоящее время известны три метода монтажа башенных и мачтовых сооружений: а) метод наращивания, когда монтируются конструкции снизу вверх отдельными элементами сооружения или укрупненными на земле секциями; б) метод подращивания, когда монтируют сверху вниз, т.е. сначала монтируют основание и верхнюю часть сооружения, поднимают ее на определенную высоту и к ней снизу подсоединяют нижележащую часть, затем опять поднимают вверх всю ранее смонтированную часть и т.д. в) методом поворота вокруг шарнира, когда все сооружение собирают на земле в горизонтальном положении и целиком поднимают, поворачивая вокруг шарниров, прикрепленных к основанию сооружения и к фундаменту.

При монтаже сооружений методом наращивания используют известные способы:
с помощью самоходных стреловых кранов или мачт;
с помощью специальных кранов, устанавливаемых на заранее смонтированной части сооружения (подвесные, самоподъемные, ползучие)
с помощью мачт, устанавливаемых на смонтированной части сооружения;
с помощью специальных порталов, устанавливаемых на смонтированной части сооружения;
с помощью вертолетов.

Способ монтажа длинномерных конструкций является наиболее близким аналогом (прототипом) к изобретению.

Суть указанного способа [1] заключается в следующем. Конструкцию башни (мачты) с помощью монтажного крана собирают на земле в горизонтальном положении из двух блоков соединенных между собой шарнирами по нижней грани. Первый пространственный блок большей длины чем второй соединяют с фундаментом шарнирами. Второй блок состоит из нескольких пространственных секций. Секции соединены под углом друг с другом по нижней грани шарнирами и жестко зафиксированы по противоположной грани. Таким образом собранная конструкция имеет начальную стрелу прогиба в местах соединения шарнирами. С помощью полиспастов, соединяющих свободный конец второго блока и шарниры на фундаментах, сближают конец второго блока (скользит по земле) с шарниром фундамента, при этом первый блок поворачивается вокруг шарниров фундамента до тех пор пока, второй блок, выполняя поступательное-вращательное движение не установится в вертикальное положение.

Затем закрепляют подвижные ролики полиспастов к верхнему концу первого блока, а неподвижные ролики полиспаста к якорю за пределами фундамента (чем дальше от фундамента тем лучше) и доворачивают с помощью полиспастов первый блок вокруг шарниров на фундаменте до вертикального положения, при этом второй блок повисает на шарнирах, соединяющих первый блок со вторым.

Второй блок в проектное положение устанавливается последовательно с помощью кривошипного механизма с предварительным расфиксированием.

Предлагаемый способ с помощью монтажа кривошипного механизма заключается в следующем.

Нижнюю часть сооружения монтируют с помощью самоходного стрелового крана на высоту, допустимую возможностями крана (высота подъема, грузоподъемность, вылет). К верхней части, с наружных сторон, закрепляют два полиспаста 5 концы которых соединяют с лебедками, установленными на земле.

Остальную часть сооружения собирают на земле в жесткий блок, длина которой меньше или равна высоте ранее смонтированной части. Блок состоит из нескольких пространственных укрупненных секций C1, C2, C3, C4 (фиг. 1).

Стыки поясов секций соединяют по одной грани двумя плоскими шарнирами 6, по другой, противоположной грани (или ребру если сечение трехгранное) временными болтами. С помощью полиспастов 5 и оттяжки блок (C1, C2, C3, C4) поднимают наверх.

Верхний конец блока закрепляют двумя шарнирами 7 (фиг. 1) к верху смонтированной части сооружения 4. Блок повисает на шарнирах 7. Подсоединяют подвижные ролики полиспастов к нижнему концу висящего блока, снимают временные болты на стыке секции C1 и C2 (шарниры остаются). Подвешенный блок превращается в кривошипный механизм.

Включая лебедку полиспастов 5 на "подъем", секцию C1 поворачивают вокруг шарниров 7 на 180^o, причем низ скользит по направляющим, и закрепляют к ранее смонтированной части 4. Снимают временные болты по наружной грани в стыке секций С2 и С3 и цикл повторяется снова.

Начальная стрела прогиба между шатуном и кривошипом создается положительной разницей между отношениями крутящих моментов относительно шарниров от собственного веса шатуна и кривошипа к их длинам. Если разница отрицательная, то для создания начальной стрелы прогиба по наружной грани в стыках секций в качестве дополнительного груза используется масса следующей секции (блока) С5 шарнирно подвешенного по наружной грани. Последнюю секцию поднимают с помощью ложной секции.

Если усилие в полиспасте Q_пол достаточное, т.е.

Q_пол > P₁ + P₂ + P₃ + P₄ + N_шf_тр + P₅ (фиг. 2)
где f_тр коэффициент трения скольжения нижней части по направляющей

кривошип и шатун будут совершать поступательно-вращательное движение под действием только усилия в полиспастах и моментов от собственного веса относительно шарниров по концам шатуна и кривошипа.

У прототипа и предлагаемого способа имеются общие признаки:
часть сооружения монтируют с помощью кривошипного механизма;
укрупнение блоков (секций) производят с помощью монтажного стрелового крана.

Отличительные признаки:
1. По прототипу сооружение собирается на земле целиком из двух блоков, соединенных шарниром и поднимаются из горизонтального положения путем стягивания концов блоков с помощью полиспастов. На наш взгляд высокие башни и мачты так поднимать нецелесообразно. Известно, что башни и мачты бывают высотой до 400 м и более.

Например, телебашни высотой H 200 м имеют массу от 250 до 500 т. Усилие в полиспасте зависит от начальной стрелы прогиба.

При стреле прогиба f_ст 0 усилие в полиспасте будет равно ∞ бесконечности.

при стреле f_ст 3 м усилие в полиспасте будет более 1000 тс.

при стреле f_ст 10 м усилие в полиспасте будет более 300 тс.

Чтобы создать такую стрелу необходимы мощные краны, или целая эстакада, на которой будет собираться сооружение (фиг. 3).

При таких усилиях таким способом можно поднять башню (мачту) больших размеров, но традиционными способами проще и дешевле. Подъем сооружений таких размеров и такой массы требуют предварительного усиления элементов, так сечения мачт очень малы по сравнению с высотой (длиной).

Предлагаемым способом монтаж не зависит от размеров сооружения и общей массы, так как первый блок монтируется с помощью стрелового крана, а остальные отдельными блоками из нескольких секций каждый.

2. Для сборки сооружения на земле по прототипу необходимы значительные площади (башни и мачты достигают высоты 400 м и более), что в условиях застройки, горах не всегда возможно, а по предлагаемому способу требуется минимальная площадь.

3. По прототипу для монтажа кривошипным способом отсутствуют направляющие, чтобы не цепляться за решетку смонтированной части, следовательно необходимы дополнительные меры (полиспаст оттяжки и т.п.) о которых не сообщается в описании.

4. По прототипу при монтаже предпоследней секции последняя секция должна быть длиннее на величину минимальной длины полиспастов иначе не довернуть на 180^o.

5. Предлагаемый способ расширяет возможность применения для монтажа сооружений любой высоты и любой массы при минимальных затратах.

Предлагаемый способ поясняется фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 изображены:
1 кривошип секция C-1;
2 шатун, состоит из секции C2, CЗ, C4;
3 ползун;
4 стойка, ранее смонтированная часть сооружения;
5 монтажный полиспаст;
6 шарниры подвижные;
7 шарниры неподвижные;
8 ложная секция;
9 отводной блок;
10 временная направляющая;
На фиг. 2 схема усилий в элементах кривошипного механизма.

P₁ вес кривошипа (секции C1);
P₂ вес верхней секции шатуна C2;
P₃ вес средней секции шатуна C3;
P₄ вес нижней секции шатуна C4;
l_кр плечо момента от силы P₁ относительно шарнира соединяющего кривошип и шатун;
l₁, l₂, l₃ плечи моментов соответственно от сил P₁, P₂, P₃ относительно ползуна;
N_ш усилие в шарнире (реакция) и ползуне от момента собственного веса шатуна относительно ползуна;
N_кр усилие в шарнирах (реакция) кривошипа от момента собственного веса относительно подвижного шарнира;
L_кр, L_ш высота соответственно кривошипа и шатуна;
Q_n усилие в полиспастах.

Использование: при монтаже строительных конструкций. Сущность изобретения: на смонтированную одним из традиционных способов (краном, мачтой), нижнюю часть сооружения 4 закрепляют с наружных сторон два полиспаста 5 с одним общим тросом. Укрупненный на земле жесткий блок, состоящий из нескольких пространственных секций C1, C2, C3, C4 которые жестко соединены между собой по одной грани двумя плоскими шарнирами 6, а по противоположной грани временными болтами, подают наверх в вертикальном положении с помощью полиспастов и оттяжки, и верхний конец его закрепляют к верхней части ранее смонтированного сооружения 4 двумя шарнирами 7. Нижние подвижные ролики полиспастов 5 соединяют с низом висящего вертикального блока. Снимают временные болты между двумя верхними секциями C1 и C2, оставляя шарниры 6. Блок превращают таким образом в кривошипный механизм, в котором кривошипом является верхний блок C1, шатуном жесткий блок, состоящий из секции C2, C3, C4. После включения электрической лебедки полиспастов 5 на подъем низ секции C 4 (ползун) скользит по временным направляющим 10, поднимаясь вверх, и секция C1 - кривошип после поворота на 180^o и закрепления занимает проектное положение, шатун повисает на шарнирах 6 и после снятия временных болтов между двумя верхними секциями шатуна превращаются в новый кривошипный механизм в исходном положении для начала нового цикла. Таким образом, все секции первоначально подвешенного блока (С1, С2, С3) последовательно превращают сначала в кривошип, затем в ствол сооружения. Причем последнюю секцию (С4) монтируют с помощью ложной секции 8, используемой в качестве последнего шатуна. Благодаря тому, что укрупненный блок состоит из секций, соединенных между собой на время монтажа по одной грани шарнирами 6, секции блока при монтаже циклично "перетекают" в ствол сооружения. 3 ил.

Способ монтажа башенных мачтовых сооружений методом наращивания укрепленными пространственными секциями с помощью кривошипного механизма, в котором в качестве стойки используют ранее смонтированную часть сооружения, в качестве кривошипа используют монтируемые секции, поочередно поворачиваемые на 180^o и прикрепляемые к ранее смонтированной части сооружения, причем в качестве шатуна используют блок, шарнирно соединенный со стойкой и состоящий из нескольких секций, шарнирно соединенных между собой с возможностью фиксации и расфиксации, отличающийся тем, что первоначальный монтаж стойки производят с помощью монтажного стрелового крана, а в качестве ползуна используют нижнюю часть блока, скользящего по временным направляющим под действием полиспастов, подвижные ролики которых прикреплены к нижней части блока, причем последнюю секцию устанавливают с помощью используемой в качестве шатуна ложной секции, длина и масса которой больше длины и массы последней секции.