Покрытие висячей системы Советский патент 1992 года по МПК E04B7/14 

сл

с

Изобретение относится к строительству и может быть использовано . в качестве покрытий промышленных изделий со взрывоопасными производствами. .Цель изобретения - повышение надёжности покрытия за счет увеличения его взрыво- и ударостойкости. Покрытие крепится к опорным конструкциям 1 и включает несущие и стабилизирующие ванты, выполненные из последовательно соединенных между собой энергопоглощающих устройств 2. К вертикальным вантам-оттяжкам 3 прикрепляют защитные элементы 4. Ванты-оттяжки выполнены с шарнирными соединениями 5 на концах, В районе опор установлены герметичны боковые экраны 6. Защита кровли 7 осуществляется с помощью отражающих элементов, которые могут выполняться в виде раздвижных ударостойких панелей 8. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

-а

о о

GJ

. i

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в качестве покрытий промышленных зданий со взрывоопасными производствами, а также в качестве дополнительного защитного ог- раждения отдельных сооружений, например, зданий атомных электростанций,

Известна однопоясная несущая конструкция подвесного потока, состоящая из двух взаимосвязанных и расположенных под углом друг к другу стержневых систем, каждая из которых набирается из соединенных между собой однотипных стержневых элементов, При этом стержневые элементы основной системы, выполненные из стерж- ней меньшего диаметра, воспринимают собственный вес всей конструкции и большую часть внешней нагрузки, а элементы с большим диаметром системы другого направления воспринимают оставшуюся часть нагрузки. Известны также варианты подвесной несущей конструкции, в которых элементы основной системы имеют пружинные демпферы.

Недостатком этой конструкции являет- ся то, что при действии на подвесную несущую конструкцию ударной волны от взрыва внутри здания динамическую нагрузку первоначально воспринимают элементы основной системы, которые, несколько удлиняясь в основном за счет обжатия упругих демпферов, передают затем эту нагрузку более массивным стержневым элементом другой системы. Под действием быстрсна- растающей нагрузки эти элементы разру- шаются (нарушая герметичность защищаемого помещения) и нагрузка опять передается на основную систему. К этому времени воздушный поток успевает сжать до предела пружинный демпфер и основная система становится неспособной к большим удлинениям. Поэтому под действием все возрастающей нагрузки должна разрушится и основная система.

Кроме того, имеется реальная опасность разрушения однопоясной онструк- ции от осколков, образующихся в результате аварийного взрыва внутри помещения, или обломков падающего самолета. В случае попадания быстро летящего осколка в стержень, обладающий определенной инерцией покоя, энергия движения будет расходоваться на пробивание преграды. Вследствие того, что стержень при ударе испытывает изгибные нагрузки, он должен разрушиться. Поэтому для улавливания осколков с уменьшенными скоростями движения необходима более сложная защита, например двухпоясная висячая система.

Таким образом, конструкция обладает недостаточной взрыво-и ударостойкостью и не может предотвратить опасность выброса в атмосферу продуктов взрыва.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является покрытие висячей системы, содержащее опоры, несущие вантовые конструкции и вертикальные ванты-оттяжки для крепления к фундаменту несущих вантовых конструкций в пролете между опорами по концам перекрываемой части здания с помощью шарниров, автоматически отключающихся под действием избыточного давления.

Недостатком известного покрытия, подвергающегося воздействию взрывной волны и удара твердых тел, таких как обломки бетонных перекрытий здания атомной электростанции (при ударе изнутри) или обломки падающего самолета (при ударе снаружи), является ее недостаточная взрыво- и ударостойкость и опасность выброса в атмосферу продуктов взрыва.

Цель изобретения - повышение надежности покрытия за счет увеличения его взрыво- и ударостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что покрытие висячей системы, включающее опоры, несущие и стабилизирующие ванты, боковые экраны и ограждающие элементы, прикрепленные к стабилизирующим вантам между боковыми экранами, снабжено прикрепленными к несущим вантам дополнительными ограждающими элементами, а несущие и стабилизирующие ванты выполнены в виде последовательно соединенных между собой энергопоглощающих устройств, причем ограждающие элементы расположены по всей длине вант. Покрытие снабжено прикрепленной к вантам сеткой, выполненной в виде последовательно соединенных между собой энергопоглощающих устройств. Ограждающие элементы выполнены в виде установленных внахлест ударостойких панелей и гофрированных листов, При этом один конец панели прикреплен к энергопоглощающему устройству, а второй - к гофрированному листу,

В случае взрыва внутри защищаемого объема на висячее покрытие передается огромное давление, которое в начальный момент воспринимается стабилизирующими вантами, а затем через очень короткий промежуток времени воспринимается также и несущими вантами. Таким образом, для восприятия огромной энергии взрыва в работу включаются обе системы вант.

При взрыве часто вместе с взрывной волной летят твердые довольно крупные тела, например обломки бетонных перекрытий здания атомной электростанции. Они создают удар большой интенсивности изнутри. Покрытие может также испытывать сильный удар твердого тела Снаружи, например при падении самолета. Эти тела мо- гут пролетать между вант. Для улавливания летящих твердых тел между вантами устанавливают сетку, выполненную в виде последовательно соединенных между собой энергопоглощающих устройств.

Соударение твердого тела с вантой и герметизирующими внутреннюю полость гофрированными листами может закончиться их пробиванием. Тем самым может быть нарушена герметичность защищаемого пространства и появится возможность выброса продуктов взрыва (например, радиоактивной пыли) в атмосферу, могущее привести к экологической катастрофе. Поэтому для восприятия удара твердого тела устанавливают многослойные противоударные панели. Конструкция многослойной противоударной панели состоит из наружных обшивок и соединенного с ними среднего слоя из листового материала в виде/ периодической структуры ячеистого типа, ячейки которой выполнены в виде полых выступов с образованием внутри них обратными выступами в форме усеченнных конусов, которые соединены с обшивками меньшими основаниями. При этом высота последних превышает высоту выступов.

Противоударные панели смягчают удар твердого тела. Однако не следует исключать возможность пробивания панелей гофриро- ванных листов и энергопоглощающих устройств, из которых состоят ванты или сетка. При этом на пробивание этих преград твердое тело расходует значительную часть энергии. И уже на второй (стабилизирую- щий при ударе изнутри) пояс вант удар твердого тела будет менее разрушителен. Таким образом, в предлагаемом покрытии осуществлена двойная защита от удара твердых тел, летящих с большой скоростью.

Поскольку удары твердого тела о висячее покрытие могут быть и снизу (при взрыве внутри здания) и сверху (при падении самолета), то защищать необходимо каждый вантовый пояс с двух сторон. Отсюда вытекает необходимость четырех слоев уда ростойких панелей. Панели в каждом слое устанавливают внахлест (одну на другую).

Чтобы не мешать возможности вантам и сетки под действием взрывной волны уд- линяться, панели крепят к энергопоглощающим устройствам только одной стороной. Противоположные концы, скрепленные попарно между нижними и верхними панелями, могут свободно перемещаться по

поверхностям соседних панелей, надежно защищая ванты и сетки в начальной стадии их растяжения, когда вероятность выброса обломков разрушения очень высока.

Однако герметичность защищаемого пространства оказалась необеспеченной. Поэтому к наружным поверхностям панелей необходимо прикрепить герметизирующие гофрированные тонкостенные покрытия.

При резком повышении давления автоматически открепляются шарниры верти- кальных вант-оттяжек, растягиваются несущие и стабилизирующие ванты. Так как ванты выполнены из энергопоглощающих устройств с возможностью удлинения, происходит эффективное поглощение энергии взрыва за счет пластической деформации. В образовавшиеся зазоры между покрытием и стенками могут проникнуть продукты взрыва. Для снижения этой вероятности в районе опор установлены герметичные экраны.

Применение в вантовых конструкциях энергопоглощающих устройств из стержневых элементов, соединенных жесткопласти- чески посредством фрикционной связи, позволяет значительно увеличить длину ванта и в большей степени поглотить энергию взрыва.

Перечисленные свойства покрытия позволяют увеличить взрыво- и ударостойкость конструкции и снизить вероятность выброса в атмосферу продуктов взрыва.

Энергопоглощающее устройство используемой конструкции имеет большую степень удлинения при деформации, что позволяет расширить внутренний объем в защищаемой конструкции.

При выполнении корпуса устройства разборным открываются перспективы использовать его многократно, тем самым легко восстановить вантовые растяжки, предохранительную сетку после взрыва. Восстановление будет заключаться в придании первоначальной формы стержню и установке его в соответствующую часть корпуса.

На фиг. 1 изображен вертикально-поперечный разрез покрытия висячей системы; на фиг. 2 -схема крепления к несущим вантам ударостойких панелей и герметичных гофрированных экранов; на фиг. 3 - пример разборного одноканального энергопоглощающего устройства; на фиг. 4 - пример разборного двухканального устройства.

Покрытие висячей системы (фиг. 1) крепится к опорным конструкциям 1. Несущие и стабилизирующие ванты выполнены из соединенных между собой энергопоглощающих устройств 2. Ванты оттянуты вниз вертикальными вантами-оттяжками .3, к которым прикрепляются защитные элементы 4. Ванты-оттяжки соединены с несущими вантами и фундаментом при помощи шарнирных соединений 5, предназначенными для автоматического отсоединения вертикальных вант от смежных конструкций при взрыве внутри здания. Для предотвращения выброса в окружающее пространство продуктов взрыва в районе опор установлены герметичные боковые экраны 6. Защита кровли 7 от удара твердых тел, разлетающихся в разные стороны при взрыве, осуществляется с помощью прикрепляемой к вантам сетки из энергопоглощающих устройств, к которой присоединены (фиг. 2) сверху и снизу одной стороной раздвижные ударостойкие панели 8. Противоположные стороны панелей соединены между собой стяжками 9. К наружным поверхностям панелей крепятся гофрированные тонкостенные покрытия 10, герметизирующие защищаемое пространство сверху.

В разборных корпусах 11 вырезаны в одном случае одни,а в другом-два криволинейных канала 12, в которые вставляют соответствующим образом изогнутые стержни 13 с коническими утолщениями 14 на одном конце и крепежным элементом 15 - на другом. Если используются два и более стержня, то концы с крепежными элементами соединяют между собой, чтобы обеспечить совместную работу всех стержней. На торцовой поверхности корпуса с противоположной стороны установлены еще два крепежных элемента 16, к которым крепятся стержневые элементы других энергопоглощающих устройств.

Стержень протаскивается по криволинейному каналу внешними растягивающими силами, прикладываемыми к крепежным элементам 15 и 16. При этом образуется пластическая деформация изгибаемого в канале стержня, на осуществление которой расходуется значительная часть энергии внешней нагрузки, например ударной волны. По мере нарастания нагрузки стержень будет протаскиваться по криволинейному каналу, увеличивая расстояние точек приложения усилий в два и более раз в зависимости от длины стержня. Предусмотренное на концах стержней коническое утолщение 14 препятствует их выдергиванию из корпуса устройства. По мере выхода из корпуса стержни распрямляются (также с образованием пластической деформации) и становятся пригодными для повторного использования в новом энергопоглощающем устройстве.

Покрытие висячей системы работает следующим образом.

В случае взрыва внутри здания в момент интенсивного нарастания давления

шарнирные соединения 5 отсоединят ванты-оттяжки 3 от несущих вант, давая возможность покрытию висячей системы прогнуться выпуклостью вверх и создать дополнительный объем защищаемого про0 странства за счет свободного хода системы и упругих деформаций. Одновременнб увеличивается объем за счет включения боковых помещений, ранее ограниченных ограждающими элементами 4 и герметизи5 рующим экраном 6. Вследствие этого интенсивность нарастания давления на первом этапе будет несколько снижена, что способствует более равномерному включению в работу всей системы в целом. В дальнейшем

0 включаются в работу энергопоглощающие устройства 2, подверженные действию растягивающих сил, приложенных к крепежным элементам 15 и 16, растягивающие силы, преодолевая трение, стремятся про5 тащить стержень 13 через криволинейный канал 12. При этом стержень испытывает значительные изгибные деформации с образованием обширных пластических зон, на образование которых расходуется значи0 тельная часть энергии взрыва. По мере выхода из корпуса 11 стержень 13 распрямляется с образованием пластической деформации, на образование которой также расходуется энергия взрыва.

5

По мере нарастания внешней нагрузки и протаскивания стержня 13 по каналу 12 увеличивается расстояние между крепежными элементами в два и более раз в зави0 симости от длины стержня. Вместе с корпусами 11 энергопоглощающих устройств будут раздвигаться соединенные с ними одним концом ударостойкие панели 8 и распрямляться гофрированные тонкостен5 ные покрытия 10, герметизирующие защищаемое пространство сверху. В результате покрытие висячей системы будет продолжать выпучиваться кверху, увеличивая объем подкупольного пространства, до

0 достижения равновесного состояния между избыточным давлением и внутренними усилиями.

Удар твердого тела изнутри воспринимается нижней ударостойкой панелью 8.

5 При этом нижнее гофрированное тонкостенное покрытие 10 будет разрушено. Энергию удара воспримут энергопоглощающие устройства 2, гибко соединенные между собой. Благодаря гибкости покрытия висячей системы часть энергопоглощающих

устройств, находящихся в непосредственной близости от точки контакта с твердым телом, вовлекаются в движение и тянут за собой стержни 13 смежных энергопоглощающих устройств. Стержни протаскиваются по криволинейным каналам 12 и вовлекают в движение корпус 11 этого устройства. Постепенно вовлекается в движение все большее количество устройств, что приводит к росту эффективности гашения энергии уда- ра. Если твердое тело пробьет нижнюю линию висячей системы, то удар воспримут ударостойкие панели 8 и энергопоглощающие устройства верхней линии. Предотвращение выброса продуктов взрыва осуществляется с помощью верхнего гофрированного тонкостенного покрытия 10.

При ударе твердого тела сверху можно предположить, что разрушается верхняя часть висячей системы, а герметизация защищаемого пространства будет осуществляться с помощью нижнего гофрированного тонкостенного покрытия 10.

Применение предлагаемого покрытия позволяет избежать выброса вредных, например радиоактивных, веществ при взрыве внутри помещений, а значит способствовать безопасности и охране среды.

Pv.r.2.

Формула изобретения

14 16

г

Фиг.з.

1 и

Фиг. 4.