ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННАЯ ВАНТОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ Российский патент 2002 года по МПК E04B7/14 

Изобретение относится к строительным конструкциям и может быть использовано в покрытиях зданий и сооружений в качестве отдельно стоящих конструкций (например, жестких поперечин контактной сети электрифицированных железных дорог для подвески осветительной арматуры и т.п.) и др.

Известно висячее покрытие с комбинированными ригелями, усиленными в уровне балок жесткости продольными связями [1].

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, что в итоге приводит к повышенному расходу материалов.

Кроме того, известна предварительно напряженная вантовая конструкция, включающая ригель, опирающийся на пилоны и систему вант [2] (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 системы и, следовательно, к значительному повышению усилий в ее элементах, необходимость восприятия которых в конечном итоге приводит к увеличению материалоемкости.

Задача изобретения - повышение жесткости и устойчивости конструкции при действии внешних динамических импульсов и, как следствие, снижение материалоемкости.

Технический результат достигается тем, что в предварительно напряженной вантовой конструкции, включающей жесткий ригель, опирающийся на пилоны и поддерживаемый системой несущих и стабилизирующих вант с натяжными устройствами, узлы крепления вант снабжены направляющими (например, цилиндрическими) с заглушками, в которых размещены штоки с упорами и пружинными элементами (например, цилиндрическими пружинами сжатия), установленными между заглушками направляющих и упорами штоков.

С целью создания предварительного напряжения системы несущие и стабилизирующие ванты снабжены натяжными устройствами (например, муфтами и т.п.).

Отличительными признаками заявляемого технического решения является выполнение узлов креплений вант к пилонам с направляющими, снабженными заглушками, в которых размещены штоки с упорами и пружинными элементами, установленными между заглушками и упорами.

Предлагаемое техническое решение описывается следующими графическими материалами:
- на фиг.1 схематически изображен общий вид предварительно напряженной вантовой конструкции
- на фиг.2 - узел А на фиг.1;
- на фиг.3 - вид по 1-1 на фиг.2.

Предварительно напряженная вантовая конструкция включает ригель 1, пилоны 2 и систему несущих 3 и стабилизирующих 4 вант. При этом узлы 5 крепления вант 3, 4 к пилонам 2 снабжены направляющими 6, например, в виде круглых или прямоугольных трубчатых элементов с заглушками на концах 7, 8. Заглушки 7 снабжены отверстиями, в которых пропущены штоки 9 с упорами на концах 10. На штоках 9 между заглушками 7 и упорами 10 установлены пружинные элементы 11. Штоки 9 с упорами 10 и пружинными элементами 11 телескопически соединены с направляющими 6 (т.е имеют возможность продольного смещения относительно направляющих 6).

Ванты 3, 4 снабжены натяжными устройствами 12.

В эксплуатационном состоянии ванты 3, 4 натянуты с помощью натяжных устройств 12 усилиями предварительного напряжения, при этом пружинные элементы 11 сжаты.

При загружении предварительно напряженной вантовой конструкции динамическим импульсом, направленным, например, снизу вверх, происходит перемещение вверх ригеля 1, а растягивающие усилия в вантах 3 снижаются. При дальнейшем снижении усилий предварительно сжатые пружинные элементы 11, размещенные на штоках 9, распрямляются, обеспечивая определенный уровень растягивающих усилия в вантах 3 (на всех этапах колебательного процесса).

На следующем этапе колебательного процесса (при движении ригеля сверху вниз) пружинные элементы 11 сжимаются. При этом упоры 10 развивают определенную скорость перемещения в направляющих 6 относительно заглушек 7. В момент полного сжатия пружин 11 перемещение упоров 10 относительно узлового соединения 5 (упоры 10 через пружины 11 ударяются в заглушки 7 ) прекращается. Возникает явление удара, направленного в сторону, противоположную перемещению ригеля.

Работа узловых соединений 5, объединяющих стабилизирующие ванты 4 с пилонами 2, осуществляется аналогично, но в противофазе к вышерассмотренному процессу работы узловых соединений 5, связывающих несущие ванты 3 с ригелем 1.

Пружинные элементы 11 обеспечивают определенный уровень растягивающих усилий в вантах 3 и 4 (в зависимости от направления перемещений ригеля 1) во всех режимах статической и динамической работы системы. Как известно, растянутые ванты устойчивы в своем пространственном положении и, следовательно, являются для ригеля 1 дополнительными промежуточными упругоподатливыми опорами, которые увеличивают устойчивость вантовой системы как при статических, так и при динамических воздействиях. Кроме того, эти опоры уменьшают амплитуды колебаний ригеля и соответственно уменьшают динамические составляющие усилий.

Пружинные элементы 11 в процессе распрямления изменяют осевую (продольную) жесткость вант и, следовательно, жесткость промежуточных упругоподатливых опор ригеля 1 в пролете (в точках крепления вант 3, 4 к ригелю 1), что приводит к изменению частот собственных колебаний системы и, следовательно, к ее самопроизвольному выходу из состояния резонанса, что также снижает динамические усилия в системе.

Ударные воздействия упоров 10 о заглушки 7 или 8 (в зависимости от направления перемещения ригеля) приводят к динамическим импульсным воздействиям в точках крепления вант 3, 4 к ригелю 1, направленным всегда в сторону, противоположную перемещению ригеля 1, и, как следствие, уменьшают максимальную амплитуду колебаний, что также приводит к снижению динамических воздействий на систему в целом.

Работа узловых соединений 5, объединяющих стабилизирующие ванты 4 с пилонами 2 в противофазе к процессу работы узловых соединений 5, связывающих несущие ванты 3 с ригелем 1, создает эффект гашения на всех этапах колебательного процесса.

К преимуществам предлагаемого технического решения относится увеличение динамической устойчивости и жесткости предварительно напряженной вантовой конструкции при действии внешних динамических возмущений, что обеспечивает экономию материалов по сравнению с аналогами до 5-12%.

Источники информации
1. Висячее покрытие промышленного здания. А.С. 1081308, MKИ³ E 04 7/14. Н.М. Кирсанов, С.Н.Колордежнов, И.П. Сигаев. Опубл. в БИ 11, 1984.

2. Кирсанов Н.М. Висячие покрытия и вантовые конструкции: Учеб. пособие для вузов.- М.: Стройиздат, 1981, 158 с., с. 124

Изобретение относится к строительным конструкциям и может быть использовано в отдельно стоящих конструкциях (например, жестких поперечин контактной сети электрифицированных железных дорог для подвески осветительной арматуры и т.п.) и др. Технический результат изобретения заключается в увеличении динамической устойчивости и жесткости предварительно напряженной вантовой конструкции при действии внешних динамических возмущений, что обеспечивает экономию материалов по сравнению с аналогами до 5-12%. Для этого предварительно напряженная вантовая конструкция включает ригель, пилоны, систему несущих и стабилизирующих вант с натяжными устройствами, при этом узлы креплений вант к пилонам снабжены направляющими с заглушками, в которых размещены штоки с упорами и пружинными элементами, установленными между заглушками и упорами. 3 ил.

Предварительно напряженная вантовая конструкция, включающая ригель, пилоны, систему несущих и стабилизирующих вант с натяжными устройствами, отличающаяся тем, что каждый узел крепления системы вант к пилонам снабжен направляющей с заглушкой, в которой размещен шток с упором и пружинный элемент, установленный между заглушкой и упором, и полностью сжатый в эксплуатационном состоянии, при этом шток телескопически соединен с направляющей.