BG66412B1

BG66412B1 - Фермова конструкция с регулиране на предварителното напрягане

Info

Publication number: BG66412B1
Application number: BG109405A
Authority: BG
Inventors: Pedro Alvares Ribeiro do PACHECO
Original assignee: Pedro Alvares Ribeiro do PACHECO
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2006-01-04
Publication date: 2014-01-31
Also published as: CA2528099C; BRPI0411058B1; EG24035A; HK1094343A1; BG109405A; JP4790600B2; IL172296A; EA007676B1; CO5721024A2; EP1639203B1; NO338822B1; NO20055973L; BRPI0411058B8; ES2530065T3; PT102968B; DK1639203T3; CY1116058T1; WO2004109018A1; AU2004245872A1; KR101152365B1

Abstract

Изобретението се отнася до предварително напрегната фермова конструкция с приложение в строителството, по-специално до фермова конструкция, оборудвана със система за автоматично или полуавтоматично регулиране на предварителното напрягане. Създадена е възможност за прилагане на голямо предварително напрягане, без опасност от деформации в основната конструкция, когато не са приложени външни натоварвания. Фермовата конструкция включва основна носеща конструкция (1), поне едно безнаставно въже (5), първа анкерна глава (16) за закрепване на единия край на безнаставното въже (5) към основната носеща конструкция (1) и втора анкерна глава (16) за закрепване на срещуположния край на безнаставното въже (5) към основната носеща конструкция (1). Фермовата конструкция е снабдена допълнително с поне един датчик (2), измерващ физическо отклонение на основната носеща конструкция (1), като датчикът (2) е свързан с контролно устройство (6) чрез интерфейс (3) за преобразуване на измерените стойности от датчика (2) в четими данни, при което контролното устройство (6) е свързано с поне един изпълнителен механизъм (23), монтиран постоянно между основната носеща конструкция (1) и безнаставното въже (5).

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до предварително напрегната фермова конструкция с приложение в строителството, по-специално до фермова конструкция, оборудвана със система за автоматично или полуавтоматично регулиране на предварителното напрягане.

Предшестващо състояние на техниката

В съвременното гражданско строителство използването на фермови конструкции (конзолни или висящи) при изграждането на мостове и виадукти в значителна степен измества монтираните на терена опорни скелета. Основният фактор. възпрепятстващ по-широката им употреба е, че се изисква голяма инвестиция по отношение на материали и строителни работи. Въпреки че известните фермови конструкции могат да се използват многократно, много често се налага те да бъдат преработвани, особено когато проектът изисква по-голяма носимоспособност от тази, заложена първоначално. Тази преработка сама по себе си изисква много време и средства, което нормално забавя темпа на строителството.

Използването на съществуващи фермови конструкции също така, предполага значителен риск. Причината е, че те представляват конструкции, предназначени да носят големи постоянни и променливи товари, водещи до големи деформации и напрежения, които отслабват конструкциите и могат да доведат евентуално до разрушаването им. В миналото са известни няколко такива инцидента.

За повишаване на якостта на стоманобетонните греди, в предшестващото състояние на техниката са се използвали въжета или армировка с регулируемо предварително напрягане, както е известно от патентни заявки WO 2000/ 068508 (Interconstec Co. Ltd), WO 2002/028168 (Interconstec Co. Ltd) и WO 2001/027406. При тези конструкции обаче се изисква използването на външни приспособления за увеличаване или намаляване на опъна във въжетата. Освен това, регулирането не е извършвано в зависимост от натоварването, приложено върху конструкцията във всеки един момент, а по-скоро е било част от планирането на периодична техническа поддръжка на гредите.

Техническа същност на изобретението

Основна задача на изобретението е да предложи фермова конструкция с автоматична или полуавтоматична система за регулиране на предварителното напрягане на конструкцията съобразно външните въздействия, приложени върху нея при натоварването й.

Следваща задача на настоящото изобретение е да предложи фермова конструкция, поефективна от известните фермови конструкции 1 $ и по-специално фермова конструкция, оборудвана със система, позволяваща отчитането на деформациите и напреженията в конструкцията веднага след тяхното проявяване като по този начин се осигурява компенсация, гарантираща подходящо конструктивно изпълнение.

Друга задача на изобретението е да предложи фермова конструкция, способна да носи по-голямо натоварване от вече известните фермови конструкции със същите размери и маса на конструкцията.

Настоящото изобретение предлага фермова конструкция, предназначена за строителство на мостове, виадукти и други конструкции, която включва основна носеща конструкция; поне едно безнаставно въже; първа анкерна глава за закрепване на единия край на безнаставното въже към основната носеща конструкция и втора анкерна глава за закрепване на противоположния край на безнаставното въже към основната носеща конструкция.

Съгласно изобретението, фермовата конструкция е снабдена допълнително с поне един датчик, измерващ физическо отклонение на основната носеща конструкция като датчикът е свързан с контролно устройство чрез интерфейс за преобразуване на измерените стойности от датчика в четими данни, при което контролното устройство е свързано с поне един изпълнителен механизъм, монтиран постоянно между основната носеща конструкция и безнаставното въже.

При един предпочитан вариант на изпълнение на фермовата конструкция, контролното устройство е компютър или автоматично електронно устройство, снабдено с приложна програ

66412 Bl ма или обработващ код.

Приложната програма или обработващият код са предвидени за разчитане на данните, получени от датчика и изчисляване на интензитета и/или посоката на силата за прилагане от изпълнителния механизъм върху безнаставното въже. Приложната програма или обработващият код приема данните от датчика или от всички датчици, обработва тези данни и ги изпраща под формата на командни сигнали към поне единия изпълнителен механизъм, карайки го прецизно да увеличава или намалява опъна в безнаставното въже. Приложната програма или обработващият код на контролното устройство съдържа поне три подпрограми - Тестваща програма, Програма за натоварване и Програма за разтоварване. Тестващата Програма включва един основен алгоритъм, който директно задава опъване и отпускане на въжетата и по този начин разрешава изпълнението на тестовете за проверка и техническа поддръжка. Програмата за натоварване включва алгоритъм, отразяващ методът за контрол, който ще се приеме по отношение нададена фермова конструкция при фаза на натоварване (например, по време на изливане на бетона). Програмата за разтоварване включва алгоритъм, отразяващ връщането на изпълнителния механизъм в състояние на покой (например, при прилагане на предварително напрягане върху пътното платно на моста).

При получаване на командни сигнали от контролното устройство се задейства изпълнителният механизъм или изпълнителните механизми. Тези командни сигнали принуждават изпълнителния механизъм или изпълнителните механизми да приложат сила с определен интензитет и/ или с определена посока. По този начин, изпълнителният механизъм или изпълнителните механизми са отговорни за промяна на опъна в безнаставното въже или въжета и оттам за регулиране на предварителното напрягане в основната конструкция. За специалиста в областта е очевидно, че увеличаването или намаляването на опъна във въжето ще бъде/ би било в съответствие с необходимостта от противодействие на вътрешните усилия, възникващи в конструкцията под влияние на външните натоварвания. Когато въжетата са повече от едно, спъването или отпускането на тези въжета може да се извърши в унисон или независимо едно от друго. Такова конструктивно решение дава възможност предварителното напрягане да бъде регулирано в определени части на основната конструкция.

При друг по-малко предпочитан вариант, контролното устройство е ръчно управляван електронен команден пулт, свързан с поне един изпълнителен механизъм. Ръчното управление на електронния пулт се осъществява от работник оператор, който получава данните от съответния датчик или датчици и ги разчита. В зависимост от тълкуването на показанията операторът задейства изпълнителния механизъм или изпълнителните механизми за прилагане на самоуравно15 весяващи се сили върху основната конструкция. Полуавтоматичното регулиране на предварителното напрягане на основната конструкция е понеточно от напълно автоматизираното, а оттам и по-несигурно и по-ненадеждно. В този случай 20 се налага операторът непрекъснато да контролира изпълнителния механизъм или изпълнителните механизми в продължение на няколко часа, например при изливане на бетон за пътното платно на моста.

Съгласно изобретението, безнаставното въже може да бъде разположено вътрешно или външно спрямо контурите на основната носеща конструкция. Също така, безнаставното въже може да бъде съставено от един или множество сно30 пове. В случаите на използване на няколко въжета, може да се приложи комбинация от външни и вътрешни въжета, чиито краища са закрепени поотделно към анкерни глави, които от своя страна са закрепени към конструктивни елементи, 35 проектирани за закрепване на повече от една анкерна глава. Тези конструктивни елементи обичайно са усилени плочи. Най-общо, единственото ограничение е, разположението на въжето да не пречи на основната конструкция или на строи40 телния процес.

Съгласно изобретението, поне единият изпълнителен механизъм представлява разтягаща се опорна стойка, която е свързана подвижно с единия си край към отклоняваща се седловидна 45 опора, подпираща безнаставното въже, а с другия си край разтягащата се опорна стойка е свързана подвижно към основната носеща конструкция. Разтягащата се опорна стойка може да се прибира или движи чрез транслация или чрез завъртане.

Основната конструкция се контролира от

66412 Bl един датчик или датчици, които са разположени непосредствено върху повърхността или вътре в елементите на фермовата конструкция, но могат да бъдат разположени и извън основната носеща конструкция. Разположението на датчиците 5 не е от особено значение, при условие че те могат точно да отчитат всички предварително определени физически отклонения на основната конструкция при нейната експлоатация.

Параметрите, които се използват да определяне на интензитета и/или посоката на силите, прилагани от изпълнителния механизъм могат да бъдат, например, премествания, завъртания, деформации, натоварвания, опън, удължения или налягане. За предпочитане е фермовата конструкция да е снабдена с един или повече датчици за измерване на температура и евентуално за измерване на скорости или ускорения. С помощта на различни видове датчици могат да се получат приемливи резултати. Датчикът може да бъде екстензометър или датчик за налягане LVDT (линеен диференциален преобразувател на напрежение) или лазерен датчик или инклинометър или пиезодатчик или друг подобен датчик.

Датчиците могат да бъдат свързани с контролното устройство директно или чрез интерфейс, който включва усилватели, филтриращи и преобразувателни устройства. За предпочитане е да се използват преобразуватели със стандартни изходи (например, 4-20 мА), тъй като в този случай не се изискват допълнителни интерфейсни елементи.

Предаването на данни или сигнали, съгласно изобретението, между датчика/датчиците и контролното устройство, както и между контролното устройство и изпълнителния механизъм може да се постигне чрез физическа връзка или безжична технология, като се използват електронна мрежа или оптични влакна или радиочестотна или инфрачервенатехнология или Wi-Fi или Blue Tooth технология. При използване на безжична технология за обмен на данни или сигнали между датчика и контролното устройство, както и между контролното устройство и изпълнителния механизъм, тези елементи трябва да бъдат оборудвани съответно с предаватели и приемници на данни.

Основното предимство на изобретението е, че създава възможност за прилагане на голямо предварително напрягане, без да се създават предпоставки за деформации в основната конструкция, когато не са приложени външни натоварвания. Ако толкова голямо предварително напрягане се приложи с използване на известното “фиксирано” предварително напрягане, без да е приложен външен товар, основната конструкция би се разрушила “отгоре надолу”. Освен това, изобретението осигурява значително намаляване на загубите в предварителното напрягане. Фермовата конструкция с автоматично или полуавтоматично регулиране на предварителното напрягане е със силно намалено провисване в средата на отвора, тъй като регулирането на предварителното напрягане компенсира провисването от постоянното натоварване. Въпреки че предварителното напрягане въвежда натискови напрежения, поради същата причина, отбелязана по-горе, огъващите моменти върху основната конструкция се намаляват значително, което намалява максималните напрежения в елементите на основната конструкция. Така, напречните сечения на конструктивните елементи могат да бъдат значително редуцирани, което води до много по-лека и функционална фермова конструкция.

В допълнение, една фермова конструкция изпълнена по изобретението е икономически поефективна от известните фермови конструкции поради това, че може да се използва многократно. Както ще се разбере от описанието на изобретението, фермова конструкция с автоматично регулиране на предварителното напрягане може да бъде прилагана в много повече случаи от известните конструкции поради нейната адаптивност към далеч по-големи диапазони на натоварване (или отвори), без необходимост от значителни допълнителни усилвания.

Друго голямо предимство е, че конструктивното поведение на фермовата конструкция е под постоянно наблюдение и може незабавно да се противодейства при появата на опасни деформации или напрежения, възникнали от външните натоварвания. Ако са приложени по-голям брой елементи, по-специално електронни компоненти и някои механични устройства, в случай на повреда в някой компонент, сигурността на фермовата конструкция няма да бъде повлияна.

Трябва да се отбележи, че терминът “предварително напрягане”, както е използван в опи50

66412 Bl санието, означава въвеждане на система от самоуравновесяващи се сили върху конструкцията, която ще противодейства на вътрешните усилия възникнали в конструкцията от външните натоварвания.

Пояснение на приложените фигури

Фигура 1 показва опростен страничен изглед на фермова конструкция, съгласно изобретението, представящ нейните основни признаци.

Фигура 2 представлява поглед отгоре на фермовата конструкция от фигура 1.

Фигура 3 показва закрепването на единия край на безнаставното въже към основната носеща конструкция с помощта на пасивна/неподвижна анкерна глава.

Фигура 4 показва закрепването на противоположния край на безнаставното въже към основната носеща конструкция с помощта на активна/движеща се анкерна глава посредством хидравличен крик, разположен между анкерната глава и основната конструкция.

Фигура 5 показва блок-схема на възможно автоматично управление на процеса, съгласно изобретението.

Фигура 6 показва диаграма на едно възможно приложение на управляващия алгоритъм, съгласно изобретението.

Фигура 7 показва опростена схема на хидравличната система.

Фигура 8 показва схематично част от хидравличната система при използване на датчик преобразувател на хидравлично налягане.

Фигура 9 показва опростено разтягаща се опорна стойка и отклоняваща се седловидна опора.

Фигура 10 показва опростено конструкция на друг вариант на движеща се опорна стойка и отклоняваща се опорна система (завъртаща се).

Примери за изпълнение на изобретението

Изобретението е разкрито по-подробно с позоваване на приложените фигури. Описанието на фермовата конструкция и приложените фигури са само пример за изпълнение на изобретението и не трябва да се считат като негова ограничителна рамка така, както е определено в приложените претенции.

На Фиг. 1 е показана фермова конструкция, включваща основна носеща конструкция 1, съставена от две външни секции и една вътрешна секция. Двете външни секции, предназначени да улеснят процеса на монтажа, са по-ниски от средната секция, предназначена да поддържа кофража и да носи основните натоварвания. Основната конструкция представлява кутиеобразна фермова носеща греда от вида, показан на Фиг. 1. Разположението на опорите е определено посредством типичен конструктивен метод, по който всеки запълван с бетон сегмент, имащ дължината на отвора на конструкцията, започва на разстояние от предната опора на предходния сегмент, приблизително равно на 1/5 от отвора.

Основната конструкция 1 е съоръжена с две външни въжета 5, по едно от всяка страна на конструкцията. Очевидно е, че въжетата трябва да бъдат безнаставни и могат да бъдат оплетени от един или няколко снопа. Безнаставните въжета 5 могат да бъдат вкарани в пластмасови тръби, пълни с грес или да бъдат защитени по друг известен начин. Отклонението на всяко от страничните въжета 5 се постига чрез две поставени на разстояние една от друга отклоняващи се седловидни опори 14 подпрени съответно надве разтягащи се опорни стойки 13. Всяка опорна стойка 13 има първи край, свързан към единична седловидна опора 14 и втори край свързан към основната конструкция 1. За да се облекчи започването на процеса, опорните стойки 13 са за предпочитане скъсяващи се (чрез завъртане) или удължаващи се (виж Фиг. 10). Двата края на въжетата 5 са закрепени към основната конструкция 1 с помощта на два анкера. Едните краища на двете въжета 5 са закрепени към основната конструкция 1 с помощта на неподвижни или “пасивни” анкери от известен тип. Съгласно Фиг. 3, анкерите включват анкерни глави 16 от известен тип, закрепени към усилени плочи 15 постоянно свързани към основната конструкция 1. Противоположните краища на двете въжета 5 са закрепени към подвижен анкер, съгласно настоящото изобретение.

Както е показано на Фиг. 4, подвижният анкер включва анкерна глава 16 от известен тип закрепена към усилена плоча 18, която е прикрепена към хидравличен крик 23. Хидравличният крик 23 е закрепен към усилена опорна плоча 17 постоянно свързана към основната конструкция 1.

66412 Bl

Възможни са различни варианти на изпълнение, например, усилената опорна плоча 17 може да бъде снабдена с два хидравлични крика 23, монтирани отстрани, а въжетата да минават по средата между тях или, ако броят на въжетата е равен на броя на изпълнителните механизми (хидравлични крикове) въжетата могат да минават през тях (кухи цилиндри от известен тип).

Движението на буталото на хидравличния крик 23, което може да се осъществи чрез елементарни тласъци, избутва усилената плоча 18 и анкерната глава 16 отдалечавайки ги от основната конструкция I, което води до опъване на въжето или въжетата на фермовата конструкция и съответно до увеличаване на степента на предварително напрягане в конструкцията. Обратно, приближаването на усилената плоча 18 и анкерната глава 16 към основната конструкция 1 води до отпускане на въжето или въжетата на конструкцията и до намаляване на степента на предварително напрягане в нея. Движението на буталото на хидравличния крик 23 се осъществява от хидравлична система, нуждаеща се от захранване с енергия, което ще бъде описано понататък. Големината на силата, която трябва да бъде приложена от хидравличния крик 23 върху усилената плоча 18, отнесена към броя на тласъците, изпълнени от буталото съответства на обработените сигнали, получавани от управляващото контролно устройство, което обработва подадените сигнали, базирани на измерванията на датчика 2 или датчиците. Трябва да се отбележи, че както активният, така и пасивният анкер са конструирани с възможност за освобождаване на въжетата при необходимост от тяхната подмяна или транспорт на конструкцията.

Като алтернатива, на фиг. 9 е показан вариант на опъване или отпускане на безнаставните въжета 5 чрез движение на разтягащите се опорни стойки 13 като хидравличните крикове 23 се разположат между основната конструкция 1 и седловидните опори 14. При този вариант на изпълнение, ходът на буталото навън прилага сила върху съответната седловидна опора 14, като 45 я отдалечава от основната конструкция 1. По този начин, въжето 5 минаващо под седловидната опора 14 се опъва като се инициира увеличение на предварителното напрягане на основната конструкция 1. В този случай, изпълнителният механизъм увеличава силата и отклонението едновременно.

Хидравличната система на изпълнителния механизъм 23 може да бъде подобна на показа5 ната на Фиг. 7. Тази хидравлична система включва хидравлична помпа 20 и електромотор 21, свързани към направляващи клапани 22, ограничаващи налягането клапани 25 и резервоар 24. Направляващите клапани 22 са последова10 телно свързани чрез тръбопроводи 8 към хидравличния крик или крикове 23. Командните сигнали от контролното устройство 6 задействат електромотора 21, който напомпва хидравлично масло или друг подобен флуид в тръбопровода 15 8. Същите командни сигнали, освен това, предизвикват преместване на плунжера на направляващия клапан 22, за да се смени посоката на маслото или подобния флуид. Проектирането и монтажа на хидравличната система се извърш20 ва съгласно обичайната технология, подходяща за обекта. В случай на използване на повече от един изпълнителен механизъм (например, повече от един хидравличен крик) проектирането на хидравличната система се приспособява в съот25 ветствие с това. От съществено значение е, хидравличната система и изпълнителният механизъм да не работят с голяма скорост, тъй като това може да наруши целостта на конструкцията. За предпочитане е моторът да е електромотор, въп30 реки че и други възможности също са подходящи.

Изискванията, на които хидравличната система трябва да отговаря са следните:

(I) максималната сила от хидравличните 35 крикове да е равна на изискваната сила на предварително напрягане;

(II) максималният ход на всяко бутало да съответства на еластичното удължение на въжетата, предизвикано от максималната сила на предварително напрягане плюс запас, необходим за компенсиране на загубите от предварително напрягане плюс конструктивен запас за облекчаване на монтажа на въжетата;

(III) минималната скорост на всяко бутало да е такава, че времето за реагиране на системата да е равно или по-малко от съответното време за натоварване;

(IV) минималната скорост на буталото да е такава, че алфа факторът (коефициент на динамично усилване) да не предпостави нестабил-

66412 Bl ност на системата - виж Уравнение (2) по-долу, освен ако не се вземат други мерки, за да се избегнат проблеми на динамиката:

(V) минималното налягане във всяко бутало е такова, че размерите на буталото са геомет- 5 рично съвместими с вграждането му във фермовата конструкция.

За да се реализира автоматичното регулиране на системата за предварително напрягане, описаната по-горе фермова конструкция, съгласно изобретението е снабдена също така с поне един датчик 2 за наблюдение на поведението на основната конструкция 1. За предпочитане, основната конструкция 1 е оборудвана с датчик 2, разположен в централната зона на отвора върху долната повърхнина на основната конструкция 1. Датчикът 2 може да бъде екстензометър, залепен върху профил от контролната секция, който ще позволи измерването на промените в удължението, а оттам и на промените в опънните напрежения. За предпочитане е основната конструкция 1 да бъде снабдена също така и с преобразувател на налягане, монтиран в средата на отвора на фермовата конструкция, който ще позволи чрез измерване на налягането да се измерят височинните промени в нивото на основната конструкция. От Фиг. 8 се вижда, че това е един опростен метод на измерване, базиран на разликата в статичното налягане на флуида между нивото на флуида в резервоара 28, разположен на фиксирана кота (например, върху една от колоните) и съответния преобразувател на налягане 26, разположен в средата на отвора на фермовата конструкция, които са свързани с гъвкава флуидна връзка 27. Всяка деформация на основната конструкция 1 се измерва като промяна в налягането от датчика за налягане 26. Тази стойност се влияе само от вертикалните движения на конструкцията и е нечувствителна към страничните движения или натисковите напрежения в основната конструкция 1.

Разбира се, колкото по-голям е броят на датчиците 2, толкова по-пълно ще бъде отчитането на външните и вътрешните сили, действащи върху основната конструкция 1 и следователно картината на поведението на конструкцията по всяко време ще бъде по-ясна. Би било предимство, например, ако към няколко опорни елемента има монтирани тензометрични датчици, и позицията на буталото на хидравличния крик се променя чрез LVDT датчик. Въпреки това, без да се пренебрегва възможността за по-прецизно изпълнение, системата е по-опростена, ако главният управляващ алгоритъм отчита само едно измерване. Допълнителен датчик или датчици, които могат да се монтират непосредствено върху повърхнината или вътре в основната конструкция 1 могат да дадат данни, които се изпращат към контролното устройство или чрез физическа връзка или чрез безжична технология само за да се увеличи информацията. Текущият изходен сигнал от всеки датчик 2 трябва да бъде устойчив на температурни промени и електромагнитни полета, особено в случаите, когато датчикът е разположен на няколко десетки метра от контролното устройство 6.

Контролното устройство 6, съгласно изобретението, включва поне един компютър или автоматично устройство (например PLC) снабден с компютърен софтуер или код за обработка. Този компютърен софтуер съдържа фаза за прием на данни от датчика или датчиците 2; фаза за обработка на данните, получени от датчика или датчиците 2 и фаза за предаване на обработените данни или командни сигнали към изпълнителен механизъм или механизми 23. Трябва да се отбележи, че разстоянието между датчика или датчиците 2 и контролното устройство 6 не е ограничаващ признак.

Разработката на приложната програма или обработващ код е извършена съгласно известни софтуерни методи, на език съвместим с компютъра или използваното автоматично устройство. Целта на софтуерната програма или обработващ код е да осигури метод за автоматично управление на системата за регулиране на предварителното напрягане.

Най-общо са приети следните два метода: а) Контрол на опънните напрежения в средата на отвора на долната секция (контролна секция);

Ь) Контрол на провисването на фермовата конструкция в средата на отвора.

При разработката на контролен метод (а) е приет прост алгоритъм, подобен на класическото включване - изключване. Най-общо, за фермова конструкция само е един изпълнителен механизъм 23, ако опънът в контролната секция се увеличи, буталото на хидравличния крик 23 извършва предварително зададен ход (отдалечава

66412 Bl се от основната конструкция 1), т.е. силите на предварителното напрягане се увеличават. И обратно, ако опънът в контролната секция се намали хидравличният крик 23 се прибира с предварително зададен ход (приближава се към ос новната конструкция 1)т.е. силите на предварителното напрягане се намаляват.

Описаният по-горе алгоритъм е илюстриран с графиката на фиг. 5. Този алгоритъм може 5 да бъде описан със следното математическо уравнение:

Δ_αί < a_SCi (G) + aid (Q) + nc_t x a j_cl < A_ci => nc₍₊At = nc_t asci (G) + ^sd (Q) + nc_t x a $_ci > b_ci => nct+bt -nc_t + \ asci (G) + (Q) + nc_t x a {_cl < Δ_οι·

Уравнение (1) в което, asci (G) е напрежението в съответното влакно на контролното напречно сечение i от постоянно натоварване;

Ъс1 (Q) е напрежението в съответното влакно на контролното напречно сечение i от временно н|товарване в момент t;

& Sci е увеличение на напрежението в съответното влакно на контролното напречно сечение i от един тласък на хидравличния крик;

nc_t и nct+ht са броят на тласъците, направени в моментите t и [ t+At..

nC_t X СГ set ^е напрежението в съответното влакно на контролното напречно сечение i от действието на автоматично-регулируемото предварително напрягане в момент!;

Л_С1 И Δ_αι са натисковата граница и границата на активиране на регулируемата система (това са нивата на напрежения, при които датчици25 те започват да произвеждат сигнали).

Възприемането на този тип алгоритъм трябва да бъде последвано от мерки за фиксиране на контролните настройки на системата, за да се предотврати нестабилност,

Обичайно, натоварването на фермовите конструкции се осъществява много бавно, например изливането на бетона за конструкции като пътни платна на мостове може да отнеме няколко часа. Поради това е лесно да се избегне нарастващо динамично въздействие. Всичко, което трябва да се осигури е времето за всеки тласък да е няколко пъти по-дълго от времето за естествена вибрация на основната конструкция 1. Въпреки това, нарастването на динамичното въздействие трябва да бъде количествено оценено и би трябвало да отговаря на следното условие:

I ^σ Sci i ·^a < I Δ_αί j Σ I I

Уравнение (2)

66412 Bl в което алфа е коефициент на динамично усилване, измерен по време на единичен тласък на изпълнителния механизъм, a Sj е всяка разлика в стойността на величината].

Динамичните проблеми могат да бъдат избегнати също така с използването на софтуерни филтри, например като се пренебрегнат данните различаващи се съществено от средните стойности.

Съгласно изобретението, основните разлики в стойността на величините, които трябва да се отчитат са: разликата в опъна в контролната секция, в резултат от удължение равно на максималната грешка (δ 1) в отчета на екстензометъра и разликата в опъна в контролната секция, в резултат от максималната грешка в положението на буталото на хидравличния крик 23 по време на основно движение по траектория (δ2) (пос10 ледното съдържа няколко разлики, а именно такива, свързани с характеристиките на материала на основната конструкция 1 и въжетата 5, загуби на опън и конструктивни грешки).

Дори когато споменатата количествена оценка на грешки (или максималните отклонения от свойствата на материалите) е дадена от доставчиците на оборудването и материалите, пак трябва да бъдат проведени експериментални тестове за оценка на съответните стойности по време на калибриращия процес.

При този вид приложение, даващо относително дълго времетраене на натоварването, закъсненията в реагирането общо взето се пренебрегват.

Същевременно трябва да се провери следното уравнение:

a_Sci (Ο)-Δ_αί< |<f&₍ | - Σ|δ||

Уравнение (3)

Изпълнението на това уравнение дава сигурност, че при отсъствие на натоварване системата ще се върне в началното си положение.

Контролните настройки се фиксират по следния начин:

- нарастването на опъна в контролното сечение i, създадено от изпълнителния механизъм 23 по време на един тласък на буталото (Т ^_се определено като функция на най-късия ход, който хидравличният крик 23 може да направи с приемлива точност (ако е известен тласъкът, който е равен на опъна на въжетата, тогава предварителното напрягане е известно и следователно съответната промяна на опънното напрежение в контролното сечение също е определена);

- след като тази стойност е известна и сумата от разликите също е известна (като функция на избраното оборудване и материали), може да се определи Aat като се използва Уравнение 3;

- стойността на а е предварително определена и след това потвърдена чрез изпитване;

- накрая, Aci е определено от Уравнение (2).

Методът за контрол (Ь) може да бъде дефиниран чрез алгоритъм, подобен на този от (а). В този случай, контролната променлива ще бъде провисването на фермовата конструкция в средата на отвора и ще бъде приложен вариантът на изпълнение на датчика от Фиг. 8. В основни линии, за фермова конструкция с един изпълнителен механизъм, ако провисването в средата на отвора превиши предварително определена величина, буталото на хидравличния крик 23 извършва предварително зададен ход (отдалечава се от основната конструкция 1), т.е. силите на предварителното напрягане се увеличават. От друга страна, ако провисването в средата на отвора превиши друга предварително определена величина (напречното сечение на фермовата конструкция в средата на отвора е “твърде високо”), хидравличният крик 23 се свива с предварително зададен ход (приближава се към основната конструкция 1), т.е. силите на предварителното напрягане се намаляват. Вторият метод за контрол (Ь) е по-лесен за приложение в сравнение с метода за контрол (а) и не е чувствителен към местни явления (като

66412 Bl например, къде е разположен датчикът). Този метод може да бъде описан математически с уравнения, подобни на Уравнение (1).

Тази процедура може лесно да бъде приложена и за фермови конструкции с повече от 5 един изпълнителен механизъм. Планирането на по-изчерпателни методи се извършва, при отчитане и на фактори като начинът, по който се излива бетона или отчитането на несиметрични натоварвания, например, извити мостови пътни платна.

Командният пулт е проектиран съобразно обичайните технологии в зависимост от конкретния случай или необходимост. Той може да се задейства чрез бутони или с цифров интерфейс. За предпочитане, командният пулт е разположен на основната конструкция 1 в близост до изпълнителния механизъм 23 и хидравличната помпа 20.

За всички специалисти в областта е очевидно, че управлението на системата може да бъде и полуавтоматично като работник оператор замества автоматичното управляващо устройство. В този случай трябва да има обикновен електрически пулт, който да управлява хидравличната система и хидравличните крикове, а именно големината и посоката на силите, които трябва да се прилагат. Работникът оператор ще получава показанията на датчиците, разположени в непосредствена близост или върху повърхността и/или вътре в основната носеща конструкция 1, ще ги тълкува и ръчно ще контролира кой крик или крикове трябва да се задействат, а също и посоката и силата на това въздействие. Тази полуавтоматична система предполага повече грешки в сравнение с напълно автоматизираната система, описана по-горе, но създава още един вариант на изпълнение на изобретението.

За да може фермовата конструкция, съгласно изобретението, да се придвижва лесно, например, от един отвор към друг, е много важно да се обърне внимание на някои функционални изисквания. За тази цел, някои елементи на фермовата конструкция, които се издават много извън габаритите на конструкцията се проектират подвижни, сгъваеми или даже демонтируеми. Това е от особена важност за опорните стойки 13, въжените седловидни опори 14 и въжетата 5. В зависимост от конкретните условия на монтажа могат да бъдат разработени няколко конст руктивни решения за постигане на тази цел. При един възможен вариант на изпълнение, изобретението е снабдено със завъртащи се опорни стойки 13, чието положение се определя от втори хидравлични крикове и чиято траектория на завъртане се ограничава от фиксирани към конструкцията устройства (виж Фиг. 10).

Предвидено е също така, основната конструкция 1 да може да бъде разделена на няколко модулни секции, за да се адаптира към много отвори с различна дължина. Това е характерно за много от съществуващите съвременни фермови конструкции.

Съгласно конструктивните статически изчисления, в близост до местата на анкерите и закрепването на опорните стойки 13 към основната конструкция 1 могат да се монтират усилващи пръти 12.

Въжените седловидни опори 14 могат да бъдат конструирани с плъзгачи (не показани) в контактните зони с въжето или въжетата 5, за да се осигури тангенциалното им преместване като по този начин се намаляват евентуалните значителни сили на триене с цел да се предпазят въжетата от износване. За тази цел могат да се използват и смазани ролки.

Може да бъде предвидена една задържаща аварийна система в близост да изпълнителния механизъм, при която две регулируеми гайки са монтирани надве фиксирани стойки придружаващи движението на буталото с малко изоставане като по този начин предотвратяват свиването на изпълнителния механизъм в случай на повреда в някои от хидравличните елементи.

В хидравличната система на изпълнителните механизми, между направляващия клапан и буталото могат да бъдат инсталирани допълнителни задържащи клапани за предотвратяване на загуби в предварителното напрежение. Също така е за предпочитане, системата да е снабдена с алармено устройство, което да открива опасности за сигурността. Освен от алармените устройства, спешни сигнали или съобщения могат да бъдат изпращани до управляващия център или дори до мобилните телефони на инженерите и операторите на място. Освен това е за предпочитане да се проектира и инсталира Система за аварийно захранване, за да се осигури енергия в случай на спиране на електрозахранването.

В зависимост от случая, важността и по66412 Bl тенциалния риск трябва да бъдат предвидени аварийни устройства за повечето от електронните компоненти и за някои елементи на хидравличната система.

Препоръчително е, преди прилагане на 5 действителното работно натоварване на фермовата конструкция да се изпълнят някои процедури като провеждане на серия от предварителни и калибриращи тестове. Тези тестове идентифицират определени механични и конструктивни ха- 10 рактеристики и условия, като оценка на съединенията, еластичността на въжетата, работата на датчика или датчиците, и оперирането и точността на изпълнителния механизъм или изпълнителните механизми. Тестовете трябва да се провеж- 15 дат докато цялата система се настрои адекватно.

Трябва да се отбележи, че изобретението може да се използва и при вече съществуващи фермови конструкции като последните се снабдят с всички елементи на автоматичната система 20 за предварително напрягане, съгласно изобретението.

Claims

1. Фермова конструкция с регулиране на 25 предварителното напрягане, включваща основна носеща конструкция (1); поне едно безнаставно въже (5); първа анкерна глава (16) за закрепване на единия край на безнаставното въже (5) към основната носеща конструкция (1) и втора ан- 30 керна глава (16) за закрепване на срещуположния край на безнаставното въже (5) към основната носеща конструкция (1), характеризираща се с това, че фермовата конструкция е снабдена допълнително с поне един датчик (2), измерващ 35 физическо отклонение на основната носеща конструкция (1), като датчикът (2) е свързан с контролно устройство (6) чрез интерфейс (3) за преобразуване на измерените стойности от датчика (2) в четими данни, при което контролното уст- 40 ройство (6) е свързано с поне един изпълнителен механизъм (23), монтиран постоянно между основната носеща конструкция (1) и безнаставното въже (5).

2. Фермова конструкция съгласно претен- ⁴⁵ция 1, характеризираща се с това, че контролното устройство (6) е компютър или автоматично електронно устройство, снабдено с приложна програма или обработващ код.

3. Фермова конструкция съгласно претенции 1 и 2, характеризираща се с това, че приложната програма или обработващият код са с възможност за разчитане на данните, получени от датчика (2) и изчисляване на интензитета и/ или посоката на силата за прилагане от изпълнителния механизъм (23) върху безнаставното въже (5).

4. Фермова конструкция съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че контролното устройство (6) е ръчно управляван команден пулт, свързан с поне един изпълнителен механизъм (23).

5. Фермова конструкция съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че безнаставното въже (5) е разположено вътрешно или външно спрямо контурите на основната носеща конструкция (1).

6. Фермова конструкция съгласно претенции 1 и 5, характеризираща се с това, че безнаставното въже (5) е съставено от един или множество снопове.

7. Фермова конструкция съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че поне единият изпълнителен механизъм (23) представлява разтягаща се опорна стоика (13), която е свързана подвижно с единия си край към отклоняваща се седловидна опора (14), подпираща безнаставното въже (5), а с другия си край разтягащата се опорна стойка (13) е свързана подвижно към основната носеща конструкция (1).

8. Фермова конструкция съгласно претенции 1 и 7, характеризираща се с това, че разтягащата се опорна стойка (13) или опорни Стойки (13) са прибиращи се или движещи се чрез транслация или завъртане.

9. Фермова конструкция съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че поне единият датчик (2) или всеки датчик (2) е разположен непосредствено върху повърхността или вътре в елементите на фермовата конструкция или е разположен външно на основната носеща конструкция (1).

10. Фермова конструкция съгласно претенции 1 и 9, характеризираща се с това, че датчикът (2) е екстензометър или датчик за налягане LVDT или лазерен датчик или инклинометър или пиезодатчик или друг подобен датчик.

11. Фермова конструкция съгласно която

66412 Bl и да е от предходните претенции, характеризираща се с това, че данните измерени от поне единият датчик (2) са налягане или отклонение или завъртане или деформация или напрежение или натоварване.

12. Фермова конструкция съгласно която и да е от предходните претенции, характеризираща се с това, че датчикът (2) и контролното ус тройство (6), както и контролното устройство (6) и изпълнителния механизъм (23) са свързани помежду си чрез електронна мрежа или оптични влакна или радиочестотна или инфрачервена технология или Wi-Fi или Blue Tooth технология.