ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННАЯ ШПРЕНГЕЛЬНАЯ ФЕРМА Российский патент 2002 года по МПК E04C3/10 

Изобретение относится к строительным конструкциям, а именно к конструкциям покрытий зданий и сооружений, а также может использоваться в качестве отдельно стоящих несущих систем специального назначения, например, в качестве ригелей жестких поперечин - электрифицированных железных дорог.

Известна шпренгельная ферма [1], включающая жесткую балку-распорку, усиленную стойками шпренгелей, верхними и нижними затяжками, свободно пропущенными 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.

Недостатком такого решения является фиксированность частот собственных колебаний, что приводит при совпадении их с частотами внешних (вынужденных) воздействий к резонансным явлениям, и, как следствие, к резкому повышению динамических усилий в элементах системы.

Кроме того, известна пространственная предварительно-напряженная шпренгельная ферма [2] , включающая балку-распорку, стойки пространственного шпренгеля с направляющими на удаленных от балки-распорки концах, в которые свободно пропущены верхние и нижние парные затяжки, закрепленные на торцах балки-распорки (принято за прототип).

Недостатком приведенного технического решения является невысокая прочность и устойчивость системы при действии динамических нагрузок, связанная с резонансом, возникающим при совпадении собственных частот колебаний с частотой внешних динамических возмущений. Это явление приводит к резкому возрастанию амплитуды колебаний шпренгельной фермы и, следовательно, к значительному повышению усилий в ее элементах, необходимость восприятия которых в конечном итоге приводит к увеличению материалоемкости.

Задача изобретения - снижение динамических усилий в элементах системы при действии внешних импульсных нагрузок, и, как следствие, снижение материалоемкости.

Технический результат достигается чем, что в предварительно-напряженной шпренгельной ферме, включающей балку-распорку, выполненную в виде секций, стойки пространственного шпренгеля с направляющими на концах, в которые свободно пропущены затяжки, закрепленные на торцах балки-распорки, секции балки-распорки выполнены в виде полых стержней с заглушками и упорными фланцами на концах, между торцами секций балки-распорки установлены сквозные вкладыши с прикрепленными к ним стойками пространственного шпренгеля, во внутренних полостях секций балки-распорки и сквозных вкладышей размещены сердечники, на боковых поверхностях которых установлены фиксаторы с пружинными элементами.

С целью создания предварительного напряжения системы затяжки снабжены натяжными устройствами (например, муфтами, концевыми гайками и т.п.).

Отличительными признаками заявляемого технического решения является выполнение секций балки-распорки в виде полых стержней (например, круглых или прямоугольных труб и т.п.) с заглушками и упорными фланцами на концах, между торцами секций балки-распорки установлены сквозные вкладыши (например, кольцевого сечения) с прикрепленными к ним стойками пространственного шпренгеля, во внутренних полостях секций балки-распорки и сквозных вкладышей размещены сердечники, обеспечивающие телескопическое соединение секций балок-распорок, на боковых поверхностях сердечников установлены фиксаторы (например, в виде штырей) с пружинными элементами.

Это позволяет после приложения к предварительно-напряженной шпренгельной ферме динамических нагрузок осуществить самопроизвольное гашение колебаний за счет создания упругих сил сопротивления (сил сухого трения), возникающих при сдвиге сквозных вкладышей по упорным фланцам относительно балки-распорки.

Предварительное натяжение гибких затяжек позволяет обеспечить их работоспособность на всех стадиях загружения системы, а также создает необходимое обжатие сквозных вкладышей упорными фланцами секций балок-распорок и, как следствие, геометрическую неизменяемость и работоспосбность системы в целом.

Предлагаемое техническое решение описывается следующими графическими материалами:
- на фиг.1 схематически изображен общий вид шпренгельной фермы;
- на фиг.2 - разрез по 1-1 на фиг.1;
- на фиг.3 - разрез но 2-2 на фиг.2;
- на фиг.4 - разрез по 3-3 на фиг.3;
Предварительно-напряженная шпренгельная ферма включает балку-распорку 1, стойки пространственного шпренгеля 2 с направляющими 3, расположенными на концах стоек пространственного шпренгеля 2, в которые свободно пропущены нижние 4 и верхние 5 гибкие затяжки, закрепленные на торцах балки-распорки 1, и поперечные связи 6, объединяющие стойки пространственного шнренгеля 2. Балка-распорка 1 выполнена в виде секций 7 из полых стержней с заглушками 8 и упорными фланцами 9 на своих концах, между торцами секций 7 балки-распорки 1 установлены сквозные вкладыши 10 с прикрепленными к ним стойками пространственного шпренгеля 2, во внутренних полостях секций балки-распорки 7 и сквозных вкладышей 10 размещены сердечники 11, на боковых поверхностях сердечников 11 между торцами балок-распорок 7 установлены фиксаторы 12 с пружинными элементами 13. Затяжки 4 и 5 снабжены натяжными устройствами 14 (например, стяжными муфтами).

На стадии сборки между секциями 7 балки-распорки 1 размещаются сквозные вкладыши 10 со стойками шпренгелей 2 и одновременно в полости секций 7 и сквозных вкладышей 10 устанавливаются сердечники 11 с пружинными элементами 13. При предварительном натяжении затяжек 4 и 5 с помощью натяжных устройств 14 в балке-распорке 1 возникают сжимающие усилия, которые создают трение между упорными фланцами 9 и сквозными вкладышами 10, что обеспечивает при действии статических нагрузок фиксированное положение стоек шпренгеля 2 относительно балки-распорки 1 и работоспособность конструкции в целом. Наличие заглушек 8 обеспечивает фиксацию проектного положения сердечников 11 во внутренних полостях секций 7 балки-распорки 1.

При загружении предварительно-напряженной шпренгельной фермы динамическим импульсом, величина которого превышает расчетные статические нагрузки, например, в вертикальной плоскости (снизу вверх), приложенным непосредственно к балке-распорке (или затяжкам 4, 5 и стойкам шпренгелей 2) ферма начинает соответственно перемещаться в направлении внешнего воздействия. В затяжках 4 усилия растяжения возрастают, а в затяжках 5 - уменьшаются, что увеличивает сжимающие усилия упругого отпора в верхних и уменьшает в нижних стойках шпренгелей 2 соответственно. Таким образом, между балкой-распоркой 1 и связаными с ней с помощью стоек 2 затяжками 4, 5 возникают силы упругого взаимодействия (отпора), направленные навстречу внешнему импульсу. Эти силы стремятся сместить друг относительно друга упорные фланцы 9 (элементы секций 7 балки-распорки 1) и сквозные вкладыши 10, жестко соединенные со стойками шнренгелей 2.

После преодоления сил трения между упорными фланцами и сквозными вкладышами 10 происходит их взаимное смещение, что, как известно, приводит к возникновению упругих сил сопротивления, направленных в сторону, противоположную смещению и поглощению энергии динамического импульса. Поглощение энергии внешнего импульса за счет сил сухого трения происходит на всех этапах колебания системы ( как при движении снизу вверх, так и наоборот). В целом это приводит к снижению динамических усилий в элементах фермы, и как следствие, к снижению материалоемкости.

После затухания колебаний шпренгельной фермы усилия в затяжках 4 и 5 уменьшаются, и силы трения между упорными элементами 9 и сквозными вкладышами 10 снижаются, что позволяет пружинным элементам 13 вернуть сквозные вкладыши 10 со стойками шнренгелей 2 в исходное положение.

Наличие на боковых поверхностях сердечников 11 фиксаторов 12 ограничивает максимальное относительное смещение секций 7 балки-распорки 1 относительно сквозных вкладышей 10 со стойками шпренгелей 2 и, совместно с пружинными элементами 13 фиксирует проектное положение сердечников 11 и сквозных вкладышей 10. Кроме того, пружинные элементы 13 увеличивают энергопоглощение внешнего импульса, включаясь в работу системы при взаимном смещении упорных фланцев 9 относительно сквозных вкладышей 10. Сердечники 11 обеспечивают соосность взаимного положения и телескопическое соединение секций балок-распорок 7. Телескопическое соединение секций балок-распорок 7 с помощью сердечников 11 обеспечивает передачу сжимающих усилий, возникающих при обжатии балки-распорки 1 на ее концах затяжками 4 и 5, и, как следствие, необходимое трение между упорными фланцами 9 и сквозными вкладышами 10 всех секций 7 по длине балки-распорки 1.

К преимуществам предлагаемого техническою решения относится увеличение динамической прочности и устойчивости предварительно-напряженной шпренгельной фермы при действии внешних динамических возмущений, что обеспечивает экономию материалов по сравнению с аналогами до 8.... 15%.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. А.С. СССР 614192, М.Кл.² Е 04 С 3/08. Шпренгельная ферма. Авторы: М. П.Забродин и др. Бюл. 25, 1978г.

2. А. С. СССР 505779, М.Кл.² Е 04 С 3/10. Пространственная предварительно-напряженная шпренгельная ферма. Авторы: Ю.В.Гайдаров и др. Бюл. 9, 1976г.

Изобретение относится к строительным конструкциям, а именно к конструкциям покрытий зданий и сооружений, а также может использоваться в качестве отдельно стоящих несущих систем специального назначения, например в качестве ригелей жестких поперечин электрифицированных железных дорог. Технический результат - снижение динамических усилий в элементах системы при действии внешних импульсных нагрузок и, как следствие, снижение материалоемкости. Для этого предварительно-напряженная шпренгельная ферма включает балку-распорку, выполненную в виде секций, стойки пространственного шпренгеля с направляющими на концах, в которые свободно пропущены затяжки, закрепленные на торцах балки-распорки, при этом секции балки-распорки выполнены в виде полых стержней с заглушками и упорными фланцами на концах, между торцами секций балки-распорки установлены сквозные вкладыши с прикрепленными к ним стойками пространственного шпренгеля, во внутренних полостях секций балки-распорки и сквозных вкладышей размещены сердечники, на боковых поверхностях которых установлены фиксаторы с пружинными элементами. 4 ил.

Предварительно-напряженная шпренгельная ферма, включающая балку-распорку, выполненную в виде секций, стойки пространственного шпренгеля с направляющими на концах, в которые свободно пропущены затяжки, закрепленные на торцах балки-распорки, отличающаяся тем, что секции балки-распорки выполнены в виде полых стержней с заглушками и упорными фланцами на концах, между торцами секций балки-распорки установлены сквозные вкладыши с прикрепленными к ним стойками пространственного шпренгеля, во внутренних полостях секций балки-распорки и сквозных вкладышей размещены сердечники, на боковых поверхностях которых установлены фиксаторы с пружинными элементами.