ШПРЕНГЕЛЬНАЯ ФЕРМА Российский патент 2001 года по МПК E04C3/08 

Изобретение относится к строительным конструкциям и может быть использовано как в качестве отдельно расположенных конструкций (например, жестких поперечин для размещения осветительных приборов железнодорожных станций и других территорий, жестких поперечин контактной сети электрифицированных железных дорог, и т.п.), так и в покрытиях зданий и сооружений.

Известна пространственная предварительно напряженная шпренгельная ферма [1] , включающая жесткую балку-распорку, усиленная стойками шпренгелей с направляющими на свободных концах, через которые свободно пропущены гибкие затяжки.

Недостатком известного технического решения является невысокая жесткость балки-распорки, а следовательно, и всей шпренгельной фермы вследствие расслабления верхней затяжки при приложении вертикальных нагрузок.

Также известна шпренгельная ферма [2], включающая жесткую балку-распорку, усиленную стойками шпренгелей, верхними и нижними затяжками, свободно припущенными через направляющие на свободных концах стоек шпренгелей. При этом верхние и нижние затяжки попарно объединены в замкнутые затяжки и свободно пропущены в криволинейных направляющих, смонтированных на торцах балки-распорки (принято за прототип).

Недостатком известного технического решения является невысокая жесткость балки-распорки и всей шпренгельной фермы вследствие расслабления верхних частей замкнутых затяжек при приложении нагрузок вертикальных направлений.

Предварительно напряженные затяжки растянуты и как любой растянутый элемент обладают устойчивостью своего пространственного положения. Поэтому они являются упругоподатливыми промежуточными опорами для жесткой балки-распорки в местах установки стоек шпренгелей. В случае приложения вертикальных нагрузок, направленных сверху вниз, нижние затяжки донапрягаются, а верхние расслабляются, что уменьшает отпорность последних и делает возможным потерю устойчивости сжато-изогнутой балки-распорки в сторону расслабления затяжек.

Перед авторами предлагаемого технического решения стояла задача - повышение устойчивости балки-распорки и, следовательно, всей шпренгельной фермы и тем самым снижение ее материалоемкости (технический результат).

Поставленная задача достигается тем, что шпренгельная ферма включает жесткую балку-распорку, стойки шпренгелей, снабженные направляющими (например, трубочками) на удаленных от балки-распорки концах, через которые свободно пропущены замкнутые гибкие затяжки, свободно проходящие в криволинейных направляющих, смонтированных на торцах шпренгельной фермы. При этом опорные части шпренгельной фермы выполнены в виде наклонных шарнирных систем, соединенных с телескопическими вкладышами, установленными в торцах балки-распорки с возможностью перемещения вдоль ее продольной оси. Опорные наклонные шарнирные системы состоят из опорных звеньев, установленных наклонно, шарнирно сопряженных с передаточными звеньями, которые в свою очередь шарнирно соединены с телескопическим вкладышем. Опорные звенья связаны с жесткой балкой-распоркой при помощи опорного шарнира. В опорных зонах шпренгельная ферма снабжена замкнутыми хомутами, состоящими из горизонтальных траверс, установленных на балке-распорке, и анкерных связей, закрепленных к горизонтальным траверсам и оголовкам опор.

Начальное предварительное напряжение замкнутых гибких затяжек создается натяжными устройствами (например, стяжными муфтами), установленными на гибких затяжках.

Существенным признаком заявляемого технического решения, общим с прототипом, является наличие жесткой балки-распорки, стоек шпренгелей, снабженных направляющими на концах, через которые свободно пропущены замкнутые затяжки, свободно проходящие через криволинейные направляющие на торцах шпренгельной фермы.

Отличительным признаком заявляемого технического решения является наличие опорных частей шпренгельной фермы, выполненных в виде наклонно расположенных шарнирных систем, соединенных шарнирно с телескопическими вкладышами на торцах балки-распорки. Балка-распорка снабжена опорными хомутами с натяжными устройствами, с помощью которых обеспечиваются начальные перемещения телескопических вкладышей наружу (от центра шпренгельной фермы).

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявляемое изобретение не вытекает для специалистов единым образом из уровня техники, поскольку использование отличительных признаков не известно для достижения указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Предлагаемое техническое решение поясняется фиг.1 и 2.

На фиг. 1 изображен общий вид шпренгельной фермы;
на фиг. 2 - узел "А" на фиг. 1.

Шпренгельная ферма включает жесткую балку-распорку 1, стойки шпренгелей 2, снабженные направляющими 3 на концах, через которые свободно пропущены замкнутые гибкие затяжки 4, свободно проходящие через криволинейные направляющие 5, смонтированные на торцевых участках шпренгельной фермы. При этом опорные части шпренгельной фермы выполнены в виде наклонных шарнирных систем 6, соединенных с телескопическими торцевыми вкладышами 7 балки-распорки, имеющими возможность перемещения вдоль ее продольной оси. Опорные наклонные шарнирные системы (например, двухзвенные) состоят из опорных звеньев 8, установленных с наклоном, шарнирно сопряженных с передаточными звеньями 9, которые, в свою очередь, шарнирно соединены с торцевыми телескопическими вкладышами 7. Опорные звенья 8 связаны с жесткой балкой-распоркой 1 при помощи опорного шарнира 10, в опорных зонах шпренгельная ферма снабжена замкнутыми хомутами 11, состоящими из горизонтальных травес 12 и анкерных связей 13, установленных между горизонтальными траверсами 12 и оголовками опор 14.

Начальное предварительное натяжение замкнутых гибких затяжек 4 создается натяжным устройством 15 (например, стяжными муфтами).

Начальное предварительное натяжение замкнутых гибких затяжек 4 необходимо для обеспечения устойчивости формы сжато-изогнутой балки-распорки 1. Посредством натяжных устройств 15 в замкнутых гибких затяжках 4 создаются начальные растягивающие усилия N₁. При этом замкнутые гибкие затяжки 4, как растянутые элементы, обладают устойчивостью своего пространственного положения и, следовательно, могут служить упругоподатливыми опорами для жесткой балки-распорки 1 в местах установки стоек шпренгелей 2.

Величина начального предварительного напряжения подбирается из условия обеспечения устойчивости сжато-изогнутой балки-распорки 1 при транспортировке и монтаже.

После установки шпренгельной фермы на оголовки опор 14 и монтажа замкнутых хомутов 11 производят натяжение анкерных связей 13 (например, завинчиванием концевых гаек тарировочными ключами) до величины N₂. При этом шпренгельная ферма подтягивается к оголовкам опор 14, а опорные звенья 8, установленные наклонно, поворачиваются относительно опорных шарниров 10 и через передаточные звенья 9 перемещают телескопические вкладыши 7 в наружную сторону (от центра шпренгельной фермы), что приводит к донапряжению замкнутых гибких затяжек 4 до величины N₃ (вторая стадия предварительного напряжения, при которой N₃>N₁). Вторая стадия предварительного напряжения необходима для обеспечения устойчивости сжато-изогнутой балки-распорки 1, а следовательно, и всей шпренгельной фермы, при приложении расчетных эксплуатационных нагрузок.

В случае приложения нагрузок, превышающих по величине расчетные эксплуатационные, шпренгельная система саморегулирует усилия в своих элементах. Так, например, при приложении эксплуатационных нагрузок, вызывающих опорные реакции шпренгельной фермы, по величине превышающие начальное натяжение анкерных связей 13, т.е. при N₄>N₃, жесткая балка-распорка 1 сближается с оголовками опор 14, а шарнирные системы 6 поворачиваются и перемещают телескопические вкладыши 7, что вызывает появление в замкнутых гибких затяжках 4 дополнительных растягивающих усилий N₅>N₄.

Такое повышение растягивающих усилий в замкнутых гибких затяжках 4 обеспечивает невыключение их из работы и приводит к повышению их отпорности, что увеличивает устойчивость сжато-изогнутой балки-распорки 1, а следовательно, и всей шпренгельной фермы.

К преимуществам предложенного технического решения относится увеличение устойчивости шпренгельной формы, а также возможность шпренгельной системы к саморегулированию усилий в ее элементах в зависимости от величины эксплуатационных нагрузок.

Технико-экономический эффект предложенного технического решения заключается в снижении материалоемкости до 8...12%.

Источники информации
1. А.С. СССР N 505779, М.кл² E 04 C 3/10. Пространственная предварительно напряженная шпренгельная ферма. Авторы: Ю.В. Гайдаров и др. Опубликовано в бюл. N 9, 1976 г.

2. А.С. СССР N 614192, М.кл² E 04 C 3/08. Шпренгельная ферма. Авторы: М. П. Забродин и др. Опубликовано в бюл. N 25, 1978 г.

3. Беленя Е.И. Предварительно напряженные несущие металлические конструкции. - М.: Стройиздат, 1975 (с. 104-107. рис. Ш.25, Ш.26).

Изобретение относится к строительным конструкциям и может быть использовано как в качестве отдельно расположенных конструкций (например, жестких поперечин для размещения осветительных приборов железнодорожных станций и других территорий, жестких поперечин контактной сети электрифицированных железных дорог, и т.п.), так и в покрытиях зданий и сооружений. Технический результат изобретения заключается в увеличении устойчивости шпренгельной системы к саморегулированию усилий в ее элементах в процессе эксплуатации в зависимости от величины нагрузок. Шпренгельная ферма включает балку-распорку, стойки шпренгелей, снабженные на концах направляющими, через которые пропущены замкнутые гибкие затяжки, свободно проходящие через криволинейные направляющие на торцах балок-распорок, при этом опорные части шпренгельной фермы выполнены в виде наклонных шарнирных систем, соединенных с телескопическими вкладышами балки-распорки, которая снабжена опорными хомутами с натяжными устройствами. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Шпренгельная ферма, включающая балку-распорку, стойки шпренгелей, снабженные на концах направляющими, через которые пропущены замкнутые гибкие затяжки, свободно проходящие через криволинейные направляющие на торцах балок-распорок, отличающаяся тем, что опорные части шпренгельной фермы выполнены в виде наклонных шарнирных систем, соединенных с телескопическими вкладышами балки-распорки. 2. Шпренгельная ферма по п. 1, отличающаяся тем, что балка-распорка снабжена опорными хомутами с натяжными устройствами.