CH712871A2

CH712871A2 - Voltage limitation in suspension bridges.

Info

Publication number: CH712871A2
Application number: CH01131/16A
Authority: CH
Inventors: Lauber Kevin
Original assignee: Lauber Kevin
Priority date: 2016-09-01
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2018-03-15
Also published as: WO2018039808A2

Abstract

Vorrichtungen, mittels deren Aktivierung manuell, halbautomatisch oder vollautomatisch, mit oder ohne Zuführung von Energie, die rechnerische Länge der Zuglinie der Hängebrücke verändert wird. Der Zweck dieser Vorrichtung kann z.B. die Zulassung eines grösseren Durchhangs und damit verbunden eine erhöhte, z.B. zeitlich begrenzte, Tragfähigkeit für Nutzlast und/oder Schneelast und/oder Windkräfte sein.Devices by means of which activation, manually or semi-automatically or fully automatically, with or without supply of energy, the calculated length of the draw line of the suspension bridge is changed. The purpose of this device may e.g. the approval of greater slack and, associated therewith, increased, e.g. limited in time, carrying capacity for payload and / or snow load and / or wind forces.

Description

Beschreibungdescription

a. Titel [0001] Spannungsbegrenzung bei Hängebrückena. Title Limitation of tension in suspension bridges

b. Technisches Gebiet [0002] Hängebrücken gibt es in vielen verschiedenen Versionen und Klassen. Insbesondere bei den leichtesten Hängebrücken für Fussgänger und sog. Langsamverkehr, aber auch bei grösseren Hängebrücken für Autos und Autobahnen stellt meistens die zu erwartende Nutzlast oder die zu berücksichtigende Schneelast die höchste zu berücksichtigende Belastung der Hängebrücke dar.b. Technical Field Suspension bridges come in many different versions and classes. Particularly with the lightest suspension bridges for pedestrians and slow traffic, but also with larger suspension bridges for cars and highways, the expected payload or the snow load to be taken into account is usually the highest load to be taken into account of the suspension bridge.

[0003] Aus dieser Belastung und aus dem voraussichtlichen Eigengewicht resultiert die Auslegung der Bemessung bzw. z.B. der Beseilung.From this load and from the expected dead weight, the design of the dimensioning or e.g. the hurrying.

c. Stand der Technik [0004] Die Bemessung der Beseilung erfolgt i.d.R. zuerst durch eine grobe Schätzung bzw. überschlägige Auslegung und wird dann als Annahme in die Berechnung eingefügt, um den Beweis der erforderlichen Tragfähigkeit zu erbringen. Wird die erforderliche Sicherheit nicht erreicht, muss die Dimensionierung der Beseilung entsprechend angepasst werden und ein neuer Berechnungsdurchlauf muss zeigen, ob die Anpassung der vorgesehenen Seile und Spannungen zum geometrisch gesuchten und aus Sicht der Tragfähigkeit genügenden Resultat geführt hat.c. PRIOR ART The dimensioning of the cable is usually carried out. first by a rough estimate or rough interpretation and then inserted as an assumption in the calculation in order to provide proof of the required load-bearing capacity. If the required safety is not achieved, the dimensioning of the rope must be adjusted accordingly and a new calculation run must show whether the adjustment of the intended ropes and tensions has led to the geometrically sought and sufficient result from the point of view of the load-bearing capacity.

[0005] Weitere Annahmen wie das zu erwartende Eigengewicht der Seile und das berechnete Eigengewicht der Hängebrücke müssen ebenfalls in diesen Auslegungs-Berechnungsdurchlauf eingesetzt werden.Other assumptions such as the expected dead weight of the ropes and the calculated dead weight of the suspension bridge must also be used in this design calculation run.

[0006] Weitere Faktoren wie die Aufstellungshöhe über Meer (massgeblich für die rechnerisch zu berücksichtigende Schneelast), die örtliche Aufstellungssituation (massgeblich für die rechnerisch zu berücksichtigende Nutzlast), die Länge und Breite der geplanten Hängebrücke (massgeblich für die Berechnung der zu berücksichtigenden Fläche für Schnee und Nutzlast) sowie der Nutzungsintensität (hat Einfluss auf die geplante Brückenbreite und Belastbarkeit des Brückenkörpers) sind vor der Auslegung anzunehmen und vor der Berechnung im Sinn des statischen Nachweises entsprechend in die Formeln einzusetzen und zu berücksichtigen.Other factors such as the installation height above sea level (relevant for the snow load to be calculated), the local installation situation (relevant for the payload to be calculated), the length and width of the planned suspension bridge (relevant for the calculation of the area to be taken into account for Snow and payload) as well as the intensity of use (has an influence on the planned bridge width and load capacity of the bridge body) must be assumed before the design and inserted and taken into account in the formulas before the calculation in the sense of static verification.

[0007] Die zu erwartenden bzw. laut der zugrundeliegenden Normen zu berücksichtigenden Windkräfte und die Schwingungsberechnungen ergeben dann in einem weiteren Schritt die erforderlichen Seitenverankerungskräfte, -seile und/oder Verankerungen.The wind forces to be expected or to be taken into account in accordance with the underlying standards and the vibration calculations then give the required side anchoring forces, ropes and / or anchors in a further step.

[0008] Der auftretende Durchhang der Tragseile / Tragkonstruktion verändert in Kombination mit dem horizontal zu bauenden Brückenboden, bzw. mit der max. zulässigen bzw. ausgelegten Steigung der Hängebrücke die erforderliche Höhe der Tragseilauflage auf den Pfeilern. Dabei ist es natürlich möglich, die Höhe der Pfeiler ungleich auszugestalten. Im Wesentlichen ist die durchschnittliche Pfeilerhöhe sowie die zulässige, bzw. die gewählte Grundspannung in horizontaler Richtung gegen die Summe der Eigengewichte und Nutzlasten ausschlaggebend für die zu erwartende Höhe der Tragseile /Tragkonstruktion in Brückenmitte und je nach Ausgestaltung des Brückenkörpers (Lage der Tragseile / Tragkonstruktion in Bezug auf die Gehweghöhe) und der in Längsrichtung der Brücke ausgestalteten Brückenform (z.B. gleichmässige Steigung oder Überhöhung) für die auftretende, bzw. max. zu erwartende Steigung des Gehwegs.The occurring sag of the supporting ropes / supporting structure changes in combination with the horizontal bridge floor to be built, or with the max. permissible or designed slope of the suspension bridge, the required height of the suspension cable support on the pillars. It is of course possible to make the height of the pillars unequal. In essence, the average pillar height as well as the permissible or the selected basic tension in the horizontal direction against the sum of the dead weights and payloads are decisive for the expected height of the supporting cables / supporting structure in the middle of the bridge and depending on the design of the bridge body (position of the supporting cables / supporting structure in In relation to the walkway height) and the bridge shape designed in the longitudinal direction of the bridge (eg even slope or cant) for the occurring or max. expected slope of the sidewalk.

d. Darstellung der Erfindung [0009] Die gegenständliche Erfindung erweitert die freundliche Eigenschaft von z.B. Stahlseilen oder elastischen Stahlträgern, dass sie sich unter Belastung dehnen. Der Erfinder hat nämlich durch die Berücksichtigung der Dehnung von Stahlseilen unter Last gefunden, dass durch die damit erwirkte (geringfügige) Längung von Tragseilen zu einer (leicht) erhöhten Tragfähigkeit führt. Das bedeutet, dass die Berücksichtigung des Elastizitätsmoduls und der durch die Spannungsdifferenz zwischen Grundspannung bei leerer Hängebrücke und max. Spannung bei Nutzlast bzw. bei Schneelast berechneten Dehnung bzw. Verlängerung der Zugstränge zwar in diesem Zustand die max. Steigung höher bzw. steiler wird, aber durch den damit einhergehenden grösseren Durchhang in Brückenmitte die Tragwinkel sich günstiger gestalten und also eine höhere Tragfähigkeit ergibt, bzw. die Zugbelastung im Zugstrang / in den Tragseilen nicht so stark ansteigen, wie man bei Annahme einer geometrisch unveränderten Brücke erwarten würde.d. Presentation of the invention The subject invention extends the friendly property of e.g. Steel cables or elastic steel beams that they stretch under load. By taking the elongation of steel cables under load into account, the inventor has found that the (slight) elongation of the suspension cables leads to a (slightly) increased load capacity. This means that the consideration of the modulus of elasticity and the maximum difference caused by the tension difference between the basic tension with an empty suspension bridge and Tension with payload or with snow load stretching or elongation of the tension cords in this state the max. Incline becomes higher or steeper, but due to the larger sag in the middle of the bridge, the support angles are more favorable and thus result in a higher load capacity, or the tensile load in the tensile cord / in the support cables does not increase as much as if one assumed a geometrically unchanged Would expect bridge.

[0010] Aus dieser genaueren Beobachtung heraus wird dieses Patent abgeleitet. Es kann logischerweise nicht das elastische Verhalten der Tragkonstruktion / Tragseile patentiert werden, sondern deren konstruktiv gewollte oder implizit erreichte Erweiterung.[0010] This patent is derived from this closer observation. Logically, it is not possible to patent the elastic behavior of the support structure / support ropes, but rather to extend them constructively or implicitly.

[0011] Würden bei zunehmender Belastung die Tragseile zusätzlich (sei es durch z.B. Federn in Zugrichtung, oder durch z.B. mech. oder aut. Systeme) verlängert, würden demnach die Zugspannungen in der/n Tragkonstruktion / Tragseilen nicht allzu stark zunehmen, bzw. durch die Verlängerung der Tragseile würde z.B. die Spannung im Tragseil im optimalen Fall sogar konstant bleiben d.h. begrenzt sein.If the support ropes were additionally extended (for example by springs in the direction of pull, or by means of mechanical or automatic systems) as the load increased, the tensile stresses in the support structure / support ropes would not increase too much, or by the extension of the suspension cables would, for example in the optimal case, the tension in the suspension cable even remains constant i.e. be limited.

CH 712 871 A2 [0012] Die Vorrichtung gern, dieses Patentes führt denn auch zu einem System mit hydraulischer Regelung, das die Tragseilspannung begrenzt aber nur in dem Belastungsfall wirksam wird, der z.B. nur rechnerisch zu berücksichtigen ist aber jahrelang nie eintreten wird.CH 712 871 A2 The device, this patent also leads to a system with hydraulic control that limits the suspension cable tension but only becomes effective in the case of load, e.g. only to be taken into account arithmetically but will never occur for years.

[0013] Die Einrichtung gemäss dieses Patentes kann auch weiter optimiert eingesetzt werden wie in den weiteren Patentansprüchen beschrieben, um die Tragseilspannung (wie durch z.B. ein Spanngewicht) immer im optimalen Bereich genau oder näher der zulässigen Belastung der Tragwerke / Tragseile zu halten und gleichzeitig zu limitieren bzw. zu überwachen. Dabei kann die Überwachung rein optisch oder durch z.B. Schaltelemente visuell sichtbar gemacht oder in ein vorgesehenes Warn- und z.B. Fernanzeigesystem eingebunden werden.The device according to this patent can also be used in a further optimized manner as described in the further claims, in order to keep the suspension cable tension (as by eg a tensioning weight) always in the optimal range exactly or closer to the permissible load of the structures / suspension ropes and at the same time limit or monitor. The monitoring can be done purely optically or by e.g. Switching elements made visually visible or in an intended warning and e.g. Remote display system can be integrated.

Vorteile:Benefits:

[0014] Durch die temporäre Verlängerung der Tragseile, bzw. Verschiebung deren Verankerungspunkte wird eine höhere max. zulässige Tragfähigkeit (Nutzlast bzw. Schneelast) erreicht, ohne die dafür gern. Stand der Technik nötigen zusätzlichen bzw. grösser dimensionierten Tragseile / Tragkonstruktion. Der eigentliche Punkt ergibt sich nämlich darin, dass dank Einsatz dieser halbautomatisch oder automatisch wirkenden Längenänderungssystemen (z.B. hydraulisch), kleinere und das bedeutet leichtere Tragseile / Tragkonstruktionen projektiert werden können. Dieses Mehrgewicht (bei Konstruktion gern. Stand der Technik) muss nämlich zusätzlich zu den Nutzlasten und Schneelasten und übrigem Eigengewicht durch die bereits an der Grenze der zulässigen Zugbelastung beanspruchten Tragseile/Tragkonstruktionen mitgetragen werden.Due to the temporary extension of the suspension ropes, or displacement of their anchoring points, a higher max. permissible load capacity (payload or snow load) is reached, without the like. State of the art necessary additional or larger sized support ropes / support structure. The real point is that thanks to the use of these semi-automatic or automatically acting length change systems (e.g. hydraulic), smaller and that means lighter carrying ropes / supporting structures can be configured. This additional weight (in the case of construction, according to the state of the art) has to be borne in addition to the payloads and snow loads and other dead weight due to the supporting ropes / supporting structures that are already stressed at the limit of the permissible tensile load.

[0015] Durch die konsequente und genau berechnete Projektierung von Hängebrücken unter Berücksichtigung der Dehnung sowie der möglichen bzw. gewählten Verlängerung der Tragseile/Tragkonstruktion unter Einwirkung der Grenzlasten (Nutzlast, Schnee), kann im Wesentlichen viel Eigengewicht eliminiert werden, was wieder längere Hängebrücken möglich macht und auch die Verankerungen entlastet. Als weiteres gesuchtes Merkmal kann im oberen Belastungsbereich jederzeit die auftretende Tragseil- / Tragwerkzugspannung gemessen, überwacht und allg. Alarm ausgelöst werden.Through the consistent and precisely calculated project planning of suspension bridges, taking into account the elongation and the possible or selected extension of the supporting ropes / supporting structure under the influence of the limit loads (payload, snow), essentially a lot of dead weight can be eliminated, which again makes longer suspension bridges possible makes and also relieves the anchorages. As a further sought-after feature, the supporting cable / structure tension that occurs can be measured, monitored and a general alarm triggered at any time in the upper load range.

e. Zeichnungen [0016] Zeichnung 1 zeigt eine Ansicht der möglichen Einrichtung.e. Drawings Drawing 1 shows a view of the possible device.

Die technische Lösung kann sehr unterschiedlich ausgestaltet werden. Die voraussichtlich einfachste und auch kompakteste Lösung kann nach Zeichnung 1 aus einem stark bemessenen Hydraulikzylinder mit entsprechenden integrierten Sicherheitsvorkehrungen sein. Die Funktion der Verlängerung der Zuglinie bzw. Verschiebung der Ankerpunkte der Tragseile kann auch mechanisch anders gelöst werden.The technical solution can be designed in very different ways. According to drawing 1, the probably simplest and most compact solution can be a strong hydraulic cylinder with appropriate integrated safety precautions. The function of extending the train line or shifting the anchor points of the suspension cables can also be solved mechanically differently.

Der Hydraulikzylinder auf Zug scheint eine einfache und kompakte Ausführung als Realisierung der Funktion nach Massgabe dieser Ansprüche zu sein. Die integrierte und wettergeschützte Bauweise und die Möglichkeit, auch die Endanschläge zu bedampfen und auf einfache Weise zusätzliche Alarmschalter vorzusehen, sind die wesentlichen Vorteile dieser Lösung.The hydraulic cylinder on train seems to be a simple and compact design to implement the function in accordance with these requirements. The integrated and weatherproof construction and the possibility to vaporize the end stops and to easily provide additional alarm switches are the main advantages of this solution.

Fig. 1 : Die technische Ausführung sieht ganz einfach aus. Die hier beschriebene Vorrichtung bezieht sich nicht auf die Art und Weise noch auf die nötigen Sicherheitsvorkehrungen, die selbstverständlich getroffen werden müssen, um die volle und zweckmässige Funktion dieser Einrichtung zu vervollständigen.Fig. 1: The technical execution looks very simple. The device described here does not refer to the way nor to the necessary safety precautions, which of course must be taken to complete the full and appropriate function of this device.

Die Patentansprüche beziehen sich nicht auf die Art der Ausführung, sondern auf mögliche Arten der Ausführung in Kombination mit dem Resultat der Funktion.The claims do not relate to the type of execution, but to possible types of execution in combination with the result of the function.

f. Ausführung der Erfindung [0017] Eine Hängebrücke nach Massgabe dieser Erfindung zeichnet sich durch ein oder mehrere in Längsrichtung in die Zuglinie eingeplante Verlängerung derselbigen aus. Daraus resultiert vor allem im mittleren und oberen Belastungsbereich eine halb- oder vollautomatische Absenkung der Hängebrücke und grösserem Durchhang, und damit wird die Verbesserung der Tragfähigkeit bei gleich bleibenden oder nicht so stark ansteigenden Kräften in den Tragseilen / Tragwerken erreicht. Dass dabei die Hängebrücke nach Massgabe dieser Erfindung wesentlich leichter gebaut werden kann ist ein gesuchtes Argument, denn dank dieser Tatsache können bei gleicher Beseilung bzw. gleicher Stützenhöhe auch entsprechend längere Hängebrücken gebaut werden. Gleichzeitig oder zusätzlich wird das Schwingungsverhalten der Hängebrücken in der Hinsicht verbessert, als die Maxime, dass ein Laufmeter der Hängebrücke nicht schwerer sein sollte als die darauf zu erwartende (nicht max.) Nutzlast, auch für längere und breitere Brücken wieder erreicht werden kann. Das ist massgeblich für den Erfolg der Hängebrücke (nämlich das subjektive Empfinden der Bewegung der Hängebrücke) bzw. die Berechenbarkeit der vertikalen Auslenkung infolge Einleitung von dynamischen Kräften der Nutzlast (z.B. des Gehens eines Fussgängers) verantwortlich.f. Implementation of the Invention A suspension bridge in accordance with this invention is characterized by one or more extensions of the same planned in the longitudinal direction in the train line. This results in a semi or fully automatic lowering of the suspension bridge and greater sag, especially in the middle and upper load range, and this improves the load-bearing capacity with constant or not so strongly increasing forces in the supporting cables / structures. The fact that the suspension bridge can be built much more easily in accordance with this invention is a sought-after argument, because thanks to this fact, longer suspension bridges can be built with the same cables or the same column height. At the same time or in addition, the vibration behavior of the suspension bridges is improved in that the maxim that a running meter of the suspension bridge should not be heavier than the expected (not max.) Payload can also be achieved for longer and wider bridges. This is largely responsible for the success of the suspension bridge (namely the subjective sensation of the movement of the suspension bridge) and the predictability of the vertical deflection due to the introduction of dynamic forces of the payload (e.g. walking of a pedestrian).

Claims

claims

1. Claim 1 (main claim)

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One or more identical or similar devices / devices (also installed in a line) that directly or indirectly change the length of the pull line in a different way or shape than that from the pull strings / supporting cables / supporting structures due to elastic or thermal expansion of the elements.

2. Claim 2

Device (s) according to claim (1), characterized in that the change in length by springs or resilient elements or lever systems indirectly load the springs or is regulated directly or indirectly by springs.

3. Claim 3

Device (s) according to Claim (1), characterized in that the change in length is regulated, influenced and / or monitored by hydraulic cylinders and / or oil pressure.

4. Claim 4

Device (s) according to claim (1), characterized in that the change in length is supported by mechanical lever systems.

5. Claim 5

Device (s) according to claim (1), characterized in that the change in length by active machines and / or components such as Hoist gear, winches or non-conclusively manually operated devices is supported.

6. Claim 6

Device (s) according to claim (1), characterized in that the change in length manually {e.g. possible without automatic supply of energy).

7. Claim 7

Device (s) according to claim (1), characterized in that the change in length is planned semi-automatically (e.g. possible without external supply of energy, e.g. only relaxation runs automatically).

8. Claim 8

Device (s) according to Claim (1), characterized in that the change in length is fully automatic (for example possible with external supply of energy, for example the tension is retained or is restored after the load or the tension has been reduced again (for example by triggering a Warning tones or the expiry of time or e.g. melting of the snow).

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