EA031238B1

EA031238B1 - Пространственная вантовая ферма

Info

Publication number: EA031238B1
Application number: EA201600648A
Authority: EA
Inventors: Игорь Петрович Дубатовка; Сергей Михайлович Борисевич; Владимир Сергеевич Жаркевич; Юрий Викторович Ермаков
Original assignee: Частное проектное унитарное предприятие "Моноракурс"
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2018-12-28
Also published as: EA201600648A1

Abstract

Изобретение относится к строительству и может быть использовано, в частности, в устройствах висячих (подвесных) конструкций для перекрытия больших пролетов. Сущность изобретения: пространственная вантовая ферма включает гибкие пояса вант, объединенные между собой установленными по длине фермы перпендикулярно ее продольной оси жесткими распорками в форме многоугольников, при этом ферма выполнена с обеспечением индивидуального напряжения каждой ванты. По меньшей мере две верхние ванты образуют стабилизирующий пояс, а по меньшей мере одна нижняя ванта образует несущий пояс. Жесткие распорки в вершинах связаны с вантами скользящим соединением и выполнены с геометрическими параметрами, обеспечивающими в условной вертикальной продольной плоскости симметрии расчетный двояковыпуклый несимметричный контур стабилизирующего и несущего поясов, а в плане - расчетный двояковыпуклый симметричный контур стабилизирующего пояса. При этом перпендикулярность жестких распорок продольной оси фермы обеспечивается установленными шарнирно-неподвижно в их вершинах и расположенными вдоль вант жесткими связями расчетной длины, крайние из которых закреплены шарнирно-подвижно на одной из опор фермы и шарнирно-неподвижно на другой опоре фермы. Технический результат заключается в создании многофункциональной пространственной вантовой фермы, обладающей повышенной надежностью и ветроустойчивостью, а также низкой трудоемкостью монтажа.

Description

Изобретение относится к строительству и может быть использовано, в частности, в устройствах висячих (подвесных) конструкций для перекрытия больших пролетов.

Известна пространственная предварительно напряженная вантовая ферма А.Ф. Тиханова [1], включающая гибкие пояса, расположенные в плоскостях, пересекающихся в центре, и обращенные выпуклостью к центру, и гибкие затяжки, расположенные по длине на расстоянии друг от друга, уменьшающиеся в середине пролета, и выполненные в виде замкнутых многоугольных элементов и расположенные по контуру фермы, объединяя между собой пояса.

Недостатком данного технического решения является ограниченность функционального применения.

Известна также вантово-стержневая система [2], включающая вантовую систему в виде несущего троса, закрепленного по концам в шарнирно-неподвижных опорах, и балку жесткости, соединенную с тросом, в качестве которой используется раскосная ферма балочного типа с полигональными поясами, состоящая из стоек, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга и восходящих или нисходящих от опор к середине фермы раскосов. Высоты стоек фермы изменяются пропорционально ординатам эпюры изгибающих моментов, построенной в балке такого же пролета, что и ферма, от действия равномерно распределенной нагрузки, при этом подъем верхнего пояса фермы назначается из условия обеспечения минимально допустимых уклонов для кровли определенной (заданной) конструкции, а расстояние от узлов нижнего пояса фермы до горизонтали, соединяющей ее опорные узлы, определяется расчетом. Несущий трос системы располагается по нижнему поясу фермы и соединяется шарнирноподвижно со всеми ее пролетными узлами и шарнирно-неподвижно с опорными узлами.

Недостатком конструктивного решения вантово-стержневой системы является наличие балки жесткости, которая затрудняет монтаж вантовой фермы.

Наиболее близкой к заявляемой вантовой ферме по технической сущности является безраспорная вантовая ферма [3], включающая балку жесткости, соединенные с ее концами гибкие пояса, связанные между собой установленными по длине фермы перпендикулярно ее продольной оси жесткими элементами, и оттяжки, соединяющие гибкие пояса с балкой жесткости, при этом жесткие элементы имеют форму треугольника, вершины которого связаны с балкой жесткости гибкими связями, причем гибкие связи и оттяжки соединены с балкой жесткости посредством натяжных устройств.

Недостатком данного технического решения также является использование балки жесткости, наличие которой усложняет процесс монтажа фермы в труднодоступных и протяженных ландшафтных участках, а также большое наличие сопрягающихся элементов, что также вызывает определенные сложности в монтаже.

Задачей, решаемой изобретением, является создание многофункциональной пространственной вантовой фермы, обладающей повышенной надежностью и ветроустойчивостью, а также низкой трудоемкостью монтажа.

Поставленная задача решается за счет того, что пространственная вантовая ферма, включающая гибкие пояса вант, объединенные между собой установленными по длине фермы перпендикулярно ее продольной оси жесткими распорками в форме многоугольников, согласно изобретению, выполнена с обеспечением индивидуального напряжения каждой ванты, при этом по меньшей мере две верхние ванты образуют стабилизирующий пояс, а по меньшей мере одна нижняя ванта образует несущий пояс; жесткие распорки в вершинах связаны с вантами скользящим соединением и выполнены с геометрическими параметрами, обеспечивающими в условной вертикальной продольной плоскости симметрии расчетный двояковыпуклый несимметричный контур стабилизирующего и несущего поясов, а в плане - расчетный двояковыпуклый симметричный контур стабилизирующего пояса, при этом перпендикулярность жестких распорок продольной оси фермы обеспечивается установленными шарнирно-неподвижно в их вершинах и расположенными вдоль вант жесткими связями расчетной длины, крайние из которых закреплены шарнирно-подвижно на одной из опор фермы и шарнирно-неподвижно на другой опоре фермы.

Кроме этого, жесткие распорки могут быть выполнены в виде прямоугольников.

Помимо этого, жесткие распорки могут быть выполнены в виде треугольников.

Вантовая ферма может также быть выполнена с обеспечением расположения на ней или в ней путепровода.

Заявляемая пространственная вантовая ферма поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 изображена ненагруженная вантовая ферма с прямоугольными жесткими распорками, аксонометрия; фиг. 2 - вантовая ферма на фиг. 1, вид сбоку; фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; фиг. 4 - вантовая ферма на фиг. 1, вид сверху; фиг. 5 - ненагруженная вантовая ферма с треугольными жесткими распорками, аксонометрия; фиг. 6 - вантовая ферма на фиг. 5, вид сбоку; фиг. 7 - разрез Б-Б на фиг. 6; фиг. 8 вантовая ферма на фиг. 5, вид сверху; фиг. 9 - ненагруженная вантовая ферма в аксонометрии под действием боковой (ветровой) нагрузки W; фиг. 10 - вантовая ферма на фиг. 1 под нагрузкой транспортного средства, передвигающегося по путепроводу, устроенному на стабилизирующем поясе; фиг. 11 - вантовая ферма на фиг. 5 под нагрузкой размещенного в ней трубопровода.

Пространственная вантовая ферма включает гибкие пояса 1, 2 вант, объединенные между собой установленными по длине фермы перпендикулярно ее продольной оси 3 жесткими распорками 4 или 5 в

- 1 031238 форме замкнутых многоугольников (например, прямоугольника (фиг. 1-4, 10) или равнобедренного треугольника (фиг. 5-9, 11) соответственно), при этом две верхние ванты 6 образуют стабилизирующий пояс 1, а две нижние ванты 7 (фиг. 1-4, 9, 12) или одна нижняя ванта 7 (фиг. 5-9, 11) образуют несущий пояс 2. Концы вант 6, 7 устанавливаются в анкерных гнездах двух опор (на фигурах не показаны) с возможностью индивидуального натяжения N^k, где k - количество вант. Жесткие распорки 4(5) в вершинах связаны с вантами 6, 7 скользящим соединением 8 и выполнены с геометрическими параметрами, обеспечивающими в условной вертикальной продольной плоскости симметрии расчетный двояковыпуклый несимметричный относительно продольной оси 3 контур 9,10 стабилизирующего 1 и несущего 2 поясов соответственно (фиг. 2, 6), а в плане - расчетный двояковыпуклый симметричный относительно продольной оси 3 контур 11 стабилизирующего пояса 1 (фиг. 4, 8). Предпочтительным является контур 11 в виде так называемой двояковыпуклой линзы. Это достигается за счет использования центральной жесткой распорки 4(5) с максимальными высотой h распорки и длиной l горизонтальной стороны распорки, а симметрично расположенных от центральной распорки к периферии фермы распорок - с убывающими к периферии пролета параметрами h и l. Это обусловлено тем, что длина горизонтальной стороны жестких распорок выбирается в зависимости от величины горизонтальных ветровых нагрузок W (фиг. 9), а высота жестких распорок - от вертикальных эксплуатационных нагрузок F_n (фиг. 10, 11). При этом перпендикулярность жестких распорок 4(5) продольной оси 3 фермы обеспечивается установленными шарнирнонеподвижно в их вершинах и расположенными вдоль вант жесткими связями 12 расчетной длины, крайние из которых закреплены шарнирно-подвижно на опоре 13 фермы и шарнирно-неподвижно на опоре 14 фермы. Для придания геометрической неизменяемости прямоугольные распорки 4 могут быть снабжены диагональными стяжками 15. В случае прокладки трубопровода внутри вантовой фермы могут быть использованы треугольные жесткие распорки 5, снабженные, в частности, соединенными с вершинами треугольника стяжками 16, объединенными центральным кольцом 17, через который проходит трубопровод 18, что в совокупности обеспечивает поддержание трубопровода по вертикали и перераспределение нагрузки за счет передачи нагрузки в узлы треугольной жесткой распорки 5. Совокупность взаимосвязанных элементов 4(5), 8, 12-17 фермы образуют ее опорный каркас. Расчетным путем определяется оптимальное соотношение веса опорного каркаса (а, значит, и его геометрических параметров), обусловливающего устойчивость фермы при действии ветровых нагрузок W, и допустимой нагрузки F на вантовые пояса, обусловливающей его надежность.

Пространственная вантовая ферма монтируется следующим образом.

В анкерных гнездах двух противоположных опор фермы (на фиг. не показано) закрепляются концы каждой предварительно напряженной (ослабленной) ванты на расчетном расстоянии друг от друга, определяемом геометрическими параметрами h и l первой к опоре жесткой распорки 4 (5). На ванты 6, 7 за счет скользящего соединения 8 вершинами нанизываются жесткие распорки 4(5), при этом в центре пролета фермы располагается распорка с максимальными геометрическими параметрами, а относительно нее с убыванием величин h и l к периферии в обе стороны пролета фермы располагаются симметрично равные жесткие распорки 4 (5). Распорки связываются между собой жесткими связями 12 путем установки жестких связей 12 вдоль каждой ванты и шарнирно-неподвижно в вершины распорок. Образованная вследствие сборки закрепленная на вантах 6, 7 пространственная конструкция соединяется жесткими связями 12 шарнирно-неподвижно с опорой 14 и шарнирно-подвижно с опорой 13. Индивидуально напрягают каждую ванту 6, 7 с силой N, что приводит к уменьшению длины вант, а значит, к стабилизации и жесткости опорного каркаса за счет его натяжения. Стабилизирующий 1 и несущий 2 пояса приобретают в условной вертикальной продольной плоскости симметрии фермы расчетный двояковыпуклый несимметричный относительно оси 3 контур 9-10. При этом внешний контур 11 стабилизирующего пояса 1 в плане приобретает вид так называемой двояковыпуклой линзы, что обеспечивает устойчивость фермы при действии ветровых нагрузок.

Таким образом, описанная выше технология монтажа пространственной фермы является нетрудоемкой, возможной без привлечения дорогостоящей техники в труднодоступных местах.

Заявляемая пространственная вантовая ферма может быть применена, как минимум, для двух вариантов нагрузок на пояса фермы: 1-й вариант - при верхней вертикальной нагрузке F₁...F_n, (например, вес проходящего транспортного средства 19 (фиг. 10); 2-й вариант - при осевой нагрузке F₁...F_n, например, от веса эксплуатируемого трубопровода 18, проложенного вдоль продольной оси 3 фермы через кольца 17) (фиг. 11), где F, n - величина и число соответственно локальных нагрузок на стабилизирующий пояс 1 фермы или кольца 17 распорок 5.

В первом варианте первоначальная величина прогиба стабилизирующего пояса 1 (кривая 9) рассчитывается из условия, что при нагружении пояса он должен стремиться занять горизонтальной положение (линия 20) для прохождения по нему составов поездов, автомобильного потока. Во втором варианте величина прогиба двух поясок 1 и 2 рассчитывается из условия сохранения прямолинейности геометрического места нижних точек кольца 17 при прокладке внутри фермы (через кольца 17) водо-, газо- или нефтепровода. При прогибе поясов крайние жесткие связи, закрепленные на опоре 13, будут иметь возможность не только углового, но и линейного перемещения, что будет обеспечивать горизонтальность верхнего стабилизирующего пояса 1 и неизменность перпендикулярности жестких распорок 4(5) про

- 2 031238 дольной оси 3 фермы.

Выполнение фермы пространственной за счет использования в стабилизирующем поясе по меньшей мере двух вант, а в несущем - по меньшей мере одной ванты, а также использование в опорном каркасе фермы шарнирных соединений между распорками и жесткими связями позволяет снизить действие атмосферных или локальных (вертикальных) нагрузок и ветровых (боковых) нагрузок, что обеспечивает стабильность и жесткость вантовой фермы. Снижение действия ветровой нагрузки позволяет увеличить пролет фермы и повысить ее надежность.

Таким образом, как при строительных работах, так и при эксплуатационном обслуживании пространственная вантовая ферма по заявляемому изобретению удобна, надежна, а технико-экономические показатели более высокие по сравнению с известными аналогами.

Источники информации.

1. SU 903509, МПК E04B 7/14, опубл. 1982.02.07.

2. RU 2288332, МПК E04B 7/14, опубл. 2006.11.27.

3. SU 434163, МПК E04C 3/10, опубл. 1974.06.30.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Пространственная вантовая ферма, включающая гибкие пояса вант, объединенные между собой установленными по длине фермы перпендикулярно ее продольной оси жесткими распорками в форме многоугольников, отличающаяся тем, что выполнена с обеспечением индивидуального напряжения каждой ванты, при этом по меньшей мере две верхние ванты образуют стабилизирующий пояс, а по меньшей мере одна нижняя ванта образует несущий пояс; жесткие распорки в вершинах связаны с вантами скользящим соединением и выполнены с геометрическими параметрами, обеспечивающими в условной вертикальной продольной плоскости симметрии расчетный двояковыпуклый несимметричный контур стабилизирующего и несущего поясов, а в плане - расчетный двояковыпуклый симметричный контур стабилизирующего пояса, при этом перпендикулярность жестких распорок продольной оси фермы обеспечивается установленными шарнирно-неподвижно в их вершинах и расположенными вдоль вант жесткими связями расчетной длины, крайние из которых закреплены шарнирно-подвижно на одной из опор фермы и шарнирно-неподвижно на другой опоре фермы.

2. Вантовая ферма по п.1, отличающаяся тем, что жесткие распорки выполнены в виде прямоугольников.

- 3 031238

Фиг. 3

3. Вантовая ферма по п.1, отличающаяся тем, что жесткие распорки выполнены в виде треугольников.

- 4 031238

Фиг. 7

Фиг. 8

4. Вантовая ферма по п.1, отличающаяся тем, что выполнена с обеспечением расположения на ней или в ней путепровода.

Фиг. 1

- 5 031238

Фиг. 11