Предварительно напряженная арочная конструкция Советский патент 1992 года по МПК E04B1/343 E04C3/10 

СО

с

Использование: для конструкций складных предварительно напряженных арочных ферм. Сущность изобретения: арочная конструкция содержит верхний предварительно напряженный гибкий пояс, нижний жесткий пояс, элементы решетки, образующие с поясами четырехугольные ячейки, противоположные стороны которых выполнены из жестких стержней, шарнирно соединенных с нижним поясом Нижний пояс образован из шарнирно соединенных стержней. Каждая ячейка имеет гибкий раскос с пересечением продолжения осей поясов ее в зоне остроугольных секторов, образованных осью затяжки и продолжением оси соответствующего раскоса. 3 з.п. ф- лы, 8 ил.

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям складных предварительно-напряженных строительных элементов типа арочных ферм, пригодных для покрытия зданий различного назначения как на прямоугольном, так и на многоугольном плане и может быть использовано в несущих конструкциях автоматически раскрывающихся рефлекторов космических антенн.

Известная предварительно-напряженная арочная конструкция с жестким верхним поясом в виде шарнирно сопряженных стержней с гибким нижним поясом и раскосами.

Недостатком такой конструкции является то, что для геометрической неизменяемости конструкции необходимо крепление опор к жесткому основанию или наличие распорки, соединяющей опоры, что существенно усложняет конструкцию и ограничивает область ее применения

Наиболее близким решением па технической сущности к предлагаемому является предварительно-напряженная арочная конструкция, включающая верхний предварительно-напряженный гибкий пояс, нижний жесткий гояе, элементы решетки, расположенные между поясами, и опорные узлы с гибкой затяжкой.

Недостатком известной конструкции является то, что она не складывается из-за наличия жесткого арочного пояса с изгиб- ными напряжениями и выполнения всех элементов решетки в виде жестких сжатых стержней.

Цель изобретения - обеспечение компактности конструкции.

В предварительно-напряженной арочной конструкции элементы решетки с поясаXI

сл

hO 00

о сл

ми образуют четырехугольные ячейки, противоположные стороны которых выполнены из жестких стержней, шарнирно соединенных с нижним поясом, выполненным в виде шарнирно соединенных стержней, при этом каждая ячейка имеет гибкий раскос с пересечением продолжения осей поясов ее в зоне остроугольных секторов, образованных осью затяжки и продолжением оси соответствующего раскоса, Длина жестких стержней решетки меньше расстояния между шарнирами стержней нижнего пояса. По крайней мере один из жестких стержней решетки выполнен с возможностью изменения длины. Кроме того, шарниры жестких стержней нижнего пояса выполнены подпружиненными для монтажа.

На фиг. 1 изображена складная предва- рителы-Го-напряженная арочная конструкция в проектном положении, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, в процессе складывания; на фиг. 3 - то же, в сложенном виде (гибкие элементы не показаны), вид сбоку; на фиг. 4 - схема рефлектора антенны элементов в виде радиальных ферм, вид сверху; на фиг. 5 - то же, вид сбоку; на фиг. 6 - фрагмент складной предварительно-напряженной конструкции; на фиг. 7 - вид А на фиг. 6; на фиг. 8 - схема расположения точек пересечения продолжений осей поясов и остроугольных секторов.

Предварительно-напряженная арочная конструкция включает нижний жесткий пояс из стержней 1, сопряженных в шарнирныхузлах2,верхний предварительно-напряженный гибкий пояс 3, гибкие раскосы А и жесткие стержни 5. К опорным узлам 6 присоединена гибкая затяжка 7, жесткий пояс из стержней 1 расположен между гибким поясом 3 и затяжкой 7. Жесткие стержни 5 шарнирно присоединены к поясам 1 и 3 с образованием четырехугольных ячеек 8. По диагонали ячеек 8 расположены гибкие раскосы 4. Стержни 1 имеют оси 9 (фиг. 8), продолжения которых пересекаются с осями 10 гибких поясов 3 в точках 11. Ось 12 затяжки 7 и продолжения 13 осей раскосов 4 пересекаются в точках 14. Точки 11 располагаются в зоне остроугольных секторов 15 с вершинами в точках 14.

Жесткие стержни 5 для удобства укладки выполняются короче расстояний между смежными шарнирными узлами 2 нижнего жесткого пояса из стержней 1.

На фиг, 1-6 показана конструкция, один из жестких стержней решетки 16 которой выполнен с возможностью изменения длины.

На фиг. 4 и 5 приведен пример образования из однотипных складных элементов 17 системы радиальных ферм с общим изменяемым по длине стержнем 16 и кольцевой затяжкой 18.

К стержням 1 нижнего жесткого пояса

может прикреплятся отражающая сетка 19.

Предварительно-напряженная арочная

конструкция (фиг. 6 и 7) в шарнирных узлах

2 снабжена пружинами 20, за счет которых конструкция подпружинена на раскрыв.

Когда гибкая затяжка не натянута, конструкция изменяется. Это дает возможность за счет шарнирных соединений в

узлах складывать конструкцию (фиг. 2 и 3) в габаритный транспортный объем.

Раскладка конструкции в проектное положение может производиться при помощи освобождения подпружиненных шарниров

на раскрыв или путем растягивания конструкции по длине вручную или при помощи простейших механизмов.

Неизменяемость конструкции достигается после ее раскладки в проектное положение

посредством натяжения затяжки. Благодаря шарнирным сопряжениям жестких стержней в узлах, натяжение затяжки вызывает растяжение в гибких элементах и сжатие в жестких стержнях, и, наоборот, растяжения какого-либо одного из гибких стержней или сжатия одного из жестких вызывает соответствующее натяжение затяжки. Таким образом, заданное напряженное состояние, обеспечивающее стабилизацию конструкции

(ее предварительное напряжение), может быть достигнуто за счет натяжения затяжки или за счет наведения требуемой величины усилия в каком-либо из стержней, а такое наведение может быть обеспечено путем укорочения растянутого или удлинения-сжатого стержня.

Обеспечение растяжения гибких предварительно-напряженных раскосов достигается за счет выбора соответствующей

геометрической конфигурации фермы, которой является предлагаемая конструкция.

Необходимые условия выбора геометрии конструкции (фиг. 8) следующие.

Для определения усилий в гибких раско0 сах Si, 82 и 8з соответственно проведены три сечения I, II и III. Рассмотрим участки фермы от левой опоры до сечения. Так, например, для такого участка, ограниченного сечением I,точка AI, в которой пересекаются

5 оси поясов, является моментной точкой для усилия в раскосе St. Составив уравнение равновесия моментов относительно т. AI, получают

H-drn -Srdsi 0; Si H

dHi

Аналогично для сечений II и III (в других четырехугольных ячейках фермы) относительно точки А2 получают

H-dH2-S2ds2 0; S2 H - ;

0S3

H-dH3-S2ds3 0;

dH3 dss

Из полученных соотношений следует, что растяжение в гибких раскосах Si, S2 и 5з от распора Н обеспечивается, когда точки AI и Аа пересечения поясов соответствующих ячеек располагаются в остроугольных секторах 15 с вершинами 14, образованными пересечением оси 12 затяжки 7 с продолжением 13 оси раскоса 4, принадлежащего той же ячейке (на фиг. 8 секторы 15 заштрихованы); для ячейки с раскосом Si данный сектор обозначен Ci. CM, D; для раскоса Sz - €2, 02, D; для раскоса Зз - Сз, Оз, D).

В случае, когда точки AI и А2 пересечения поясов выходят за пределы указанных остроугольных секторов, силы распора Н, приложенных к опорам и их сближающие, вызывают в раскосах сжатие. Когда точки пересечения поясов лежат на линии опор, усилия в раскосах от силы Н равны нулю. Расположение точек пересечения поясов на линии соответствующего раскоса лишено геометрического смысла.

Конструкция может использоваться как в виде одиночной арочной фермы , так и в виде радиальной арочной системы: в первом случае затяжка соединяет опоры по прямой, во втором - опоры могут соединяться кольцевой затяжкой.

В случае применения конструкции для покрытий зданий различного назначения, элемент в виде плоской арочной фермы монтируется в собственной плоскости, совмещенной с горизонтальной, производится его стабилизация при помощи одного из его стержней, передающего предварительное напряжение на всю конструкцию. Затем арочную ферму устанавливают в проектное

положение, совмещая собственную плоскость фермы с вертикальной.

Эффективно использование конструкции для складного каркаса рефлектора ан- 5 тенны, в том числе и космической. В этом случае каркас выполненный в виде системы радиальных арочных ферм, снабжен общим изменяемым по длине стержня 16 в виде стойки. Благодаря шарнирным соединени10 ям стержней, каркас складывается в габаритный объем. Затем за счет пружин каркас раскрывается в положение, близкое к проектному, Далее включается привод, и происходит удлинение стержня 16 до нужный

15 величины, например путем вращения винтовой пары 21 (фиг. 1 - 3, 6). Этим достигается проектная стабилизация каркаса. Сетка 19, прикрепленная к стержням 1 в заводских условиях, создает отражающую поверх0 ность рефлектора антенны.

Формула изобреге ния 1. Предварительно напряженная арочная конструкция, включающая верхний предварительно-напряженный гибкий пояс,

5 нижний жесткий пояс, элементы решетки, расположенные между поясами, и опорные узлы с гибкой затяжкой, отличающая- с я тем, что, с целью обеспечения компактности конструкции, элементы решетки с по0 ясами образуют четырехугольные ячейки, противоположные стороны которых выполнены из жестких стержней, шарнирно соединенных с нижним поясом, выполненным в виде шарнирно соединенных стержней,

5 при этом каждая ячейка имеет гибкий раскос с пересечением продолжения осей поясов ее в зоне остроугольных секторов, образованных осью затяжки и предложением оси соответствующего раскоса.

О 2, Конструкция по п. 1,отличающая- с я тем, что длина жестких стержней решетки меньше расстояния между шарнирами стержней нижнего пояса.

0 нижнего пояса выполнены подпружиненными для монтажа.

1752895

3Purk

Фм/г 5

21

Фиг 6

ВидА

(риг 7

s