RU223418U1 - Пространственная ферма - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области мостов специального назначения или к строительству эстакад, а в частности к опорным конструкциям для инженерных сетей, систем связи, кабельных, технологических и сантехнических коммуникациям (трубопроводам) и сценическим конструкциям. Пространственная ферма состоит из сборных секций, образованных четырьмя поясами. Пояс представляет собой гнутый С-образный профиль, пояса жестко связаны между собой раскосами, распорками и диафрагмами с помощью болтового соединения, раскосы, распорки и диафрагмы изготавливаются из уголка. На двух полках С-образного профиля по всей его длине размещается ряд сквозных отверстий. На торцах поясов могут устанавливаться опорные элементы со сквозными отверстиями таким образом, что обеспечивает болтовое соединение к фундаменту или к дополнительной сборной секции, а при горизонтальном размещении фермы и стыковки с соседней сборной секции горизонтального прогона у торцов поясов размещаются соединительные пластины. Опорные элементы и соединительные пластины присоединяются к поясам при помощи болтовых соединений. Заявляемая конструкция пространственной фермы высокой заводской готовности из-за сокращения количества элементов использует для поясов гнутый профиль, а для диафрагм, раскосов и распорок вместо профильной трубы - уголки, что в итоге позволяет уменьшить массу фермы при сохранении необходимой прочности. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Полезная модель относится к области мостов специального назначения или к строительству эстакад, а в частности к опорным конструкциям для инженерных сетей, систем связи, кабельных, технологических и сантехнических коммуникациям (трубопроводам).

Известна конструкция колонны кабельной эстакады [RU 208859 U1, С. А. Жукова, С. Н. Богданов] содержащая четыре стальные стойки, соединенные друг с другом с помощью стальных раскосов и поперечин с образованием конструкции по существу в виде параллелепипеда, четыре стальные пятки, каждая из которых приварена к своей стойке снизу; стальной оголовок, приваренный к стойкам сверху, характеризующаяся тем, что стойки, раскосы и поперечины выполнены в виде труб с прямоугольным сечением; в верхней и нижней частях колонны поперечины образуют по существу прямоугольник, углами закрепленный на стойках, оголовок содержит овальные отверстия, раскосы образуют зигзагообразную линию между стойками на двух противоположных сторонах параллелепипеда и упираются в поперечины.

Недостатки данной конструкции: большая трудоемкость в изготовление конструкции (резка, сварочные работы); большое количество элементов, из которых состоит колонны, причем элементы не универсальные и имеют разные габаритные размеры; конструкция разработана только для вертикальной колонны эстакады и не применима к горизонтальному прогону эстакады; значительные затраты на транспортировку к месту строительно-монтажных работ, так как колонна транспортируются в собранном виде, а не поэлементно; неремонтопригодная конструкция, так как при повреждении любой части колонны (раскосов, поперечины, стойки) необходимо выполнять огневые работы, использовать сварочный прибор, что в итоге нарушит горячеоцинкованное покрытие металла, и тем самым будет сокращен срок службы конструкции, а, следовательно, и ее надежность.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является расширение ассортимента аналогичных пространственных ферм.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в реализации заявленной задачи путем применения для пространственных ферм сборных секций С - образного профиля.

Технический результат достигается тем, что в конструкции пространственной фермы, состоящей из сборных секций, новым является то, что сборная секция образована четырьмя поясами, каждый пояс представляет собой гнутый С-образный профиль, пояса жестко связаны между собой раскосами, распорками, и диафрагмами с помощью болтового соединения, раскосы, распорки и диафрагмы изготовлены из уголка, на двух полках С - образного профиля по всей его длине расположен ряд сквозных отверстий. На торцах поясов могут устанавливаться опорные элементы со сквозными отверстиями таким образом, что обеспечивает болтовое соединение к фундаменту или к дополнительной сборной секции, а при горизонтальном размещении фермы и стыковки с соседей сборной секции горизонтального прогона у торцов поясов размещаются соединительные пластины. Опорные элементы и соединительные пластины присоединены к поясам при помощи болтовых соединений.

Заявляемое конструктивное выполнение пространственной фермы обеспечивает снижение собственного веса фермы при сохранении прочности аналогичных пространственных ферм.

Самым простым способом увеличения несущей способности фермы на изгиб является изменение ее геометрических размеров.

Конструктивное выполнение пространственной фермы настоящей полезной модели обеспечивает снижение собственного веса при сохранении прочности и устойчивости, повышения скорости строительно-монтажных работ, возможность ее использования для сбора эстакады под трубопровод, под кабельные линии связи, а также создания подиумов и площадок обслуживания оборудования, сценического оборудования, за счет использования четырех поясов представляющих гнутый профиль, распорки, раскосы, диафрагмы, что в целом упрощает ее конструкцию и делает ее легче. Использования для жесткой связи элементов фермы болтового соединения позволяет сократить время строительно-монтажных работ. Пространственную ферму можно использовать, как в качестве вертикальной колоны эстакады, так и в качестве горизонтального прогона эстакады.

Полезная модель позволяет сократить транспортные расходы фермы за счет уменьшения упаковочных габаритов ее частей в таре и за счет снижения габаритных размеров самих составных частей фермы.

Использование болтового соединения сокращает сроки строительства объекта, дополнительно к этому использование унифицированных частей фермы позволяет снизить себестоимость их производства на заводе.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в реализации заявленной задачи путем применения для поясов фермы гнутый профиль.

Использование гнутого профиля для несущих элементов с целью снижения веса конструкции известно [RU2 197586 C1, https://www.elsi.ru/publications/ispolzovanie-novykh-konstruktsiy-opor-iz-gnutykh-metallicheskikh-profiley-pri-stroitelstve-vozdushny], и широко применяться в конструкции опор воздушных линий электропередачи, однако не известно применение их в конструкции ферм, которые используются в кабельных эстакадах, и в сценический площадках.

Осуществление полезной модели.

Кабельная эстакада - надземное кабельное сооружение. Кабельные эстакады применяются на различных крупных промышленных, металлургических, химических, энергетических и нефтегазовых предприятиях, где территория крайне насыщена различными коммуникациями, и подземный вид прокладки кабеля затруднен и менее надежен. Кабельная эстакада состоит из вертикальных колонн и горизонтальных прогонов, опирающихся на колонны и закрепленных на них.

Заявленная конструкция пространственной фермы позволяет использовать ее как вертикальную колонну, так и горизонтальным прогоном, варианты показаны на фиг. 10.

Полезная модель поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена пространственная ферма высотой 3 м.

На фиг. 2 изображено основание пространственной фермы.

На фиг. 3 изображена геометрическая развертка фермы. Вариант 1

На фиг. 4 изображена геометрическая развертка фермы. Вариант 2

На фиг. 5 изображены варианты размеров сборных секций для пространственной фермы.

На фиг. 6 изображена балка кабельной эстакады длиной 3 м.

На фиг. 7 изображено основание балки.

На фиг. 8 изображена колонна высотой 3 м.

На фиг. 9 изображено основание колонны.

На фиг. 10 изображена кабельная эстакада, состоящая из колонн и горизонтальных прогонов.

На фиг. 1 цифрами обозначены: 1 – пояс, С-образный гнутый профиль со сквозными отверстиями; 2 – раскос; 3 – распорка.

На фиг. 2 цифрами обозначены: 1 – пояс, С-образный гнутый профиль со сквозными отверстиями; 3 – распорка; 4 – диафрагма.

На фиг. 3 цифрами обозначены: 1 – пояс, С-образный гнутый профиль со сквозными отверстиями; 2 – раскос; 3 – распорка; 4 – диафрагма.

На фиг. 4 цифрами обозначены: 1 – пояс, С-образный гнутый профиль со сквозными отверстиями; 2 – раскос; 3 – распорка; 4 – диафрагма.

На фиг. 5 цифрами обозначены: 12-21 – объемные фермы разной длинны.

На фиг. 6 цифрами обозначены: 1 – пояс, С-образный гнутый профиль со сквозными отверстиями; 2 – раскос; 3 – распорка; 4 – диафрагма; 5 – соединительная пластина; 11 – полка с рядом сквозных отверстий пояса С-образного гнутого профиля.

На фиг. 7 цифрами обозначены: 1 – пояс, С-образный гнутый профиль со сквозными отверстиями; 3 – распорка; 4 – диафрагма; 5 – соединительная пластина.

На фиг. 8 цифрами обозначены: 1 – пояс, С-образный гнутый профиль со сквозными отверстиями; 2 – раскос; 3 – распорка; 4 – диафрагма; 6 – опорный элемент.

На фиг. 9 цифрами обозначены: 1 – пояс, С-образный гнутый профиль со сквозными отверстиями; 3 – распорка; 4 – диафрагма; 6 – опорный элемент.

На фиг. 10 цифрами обозначены: 7 – фундамент; 8 – трасса эстакады; 9 – колонна кабельной эстакады, состоящая из одной сборной секции высотой 3 м; 10 – горизонтальный прогон эстакады, состоящая из пяти сборных секции, длиной 3 м.

Унифицированные элементы сборной секции – пояса, раскосы, распорки, диафрагмы. Пояса в виде С-образного гнутого профиля со сквозными отверстиями изготавливают из горячекатаного листа, раскосы, распорки, диафрагмы изготавливают на заводе по чертежам из уголка.

Опорный элемент 6 предназначен для болтового присоединения фермы к фундаменту, к дополнительной секции фермы, или к горизонтальному прогону кабельной эстакады. Опорные элементы 6 размещаются по торцам поясов фермы. Опорный элемент 6 представляет собой набор пластин, жестко соединенных сваркой. В основании опорного элемента выполнено минимум 4 сквозных отверстий.

Сборная секция фермы образована четырьмя поясами, связанными между собой распорками 3, раскосами 2 и диафрагмами 4 с помощью болтовых соединений. Количество раскосов 2 определяет длину секции. Длина диафрагмы 4 определяет ширину секции. Высота колоны эстакады задается, исходя из условий прохождения трассы кабельной эстакады при пересечениях коммуникаций и действующей нормативно-технической документации, и определяется в основном длиной фермы.

Согласно фиг. 5, заявленная конструкция секции фермы может иметь разные высоты, высота находится в диапазоне от 0,45 до 4 м. Высота вертикальной колонны, состоящей из сборных секций, находится диапазоне от 0,45 до 9 м. Заявленная конструкция обеспечивает достаточную прочность для всего вышеуказанного диапазона высот.

Все унифицированные элементы сборной секции изготавливают из стальных уголков, предпочтительно материал один из следующих: сталь марки С345, Ст3 или 09Г2С, AISI 304, AISI 316, AISI 321. Для изготовления секции фермы длиной 3 м используют горячекатаный лист с толщиной стенки от 6 до 16 мм, предпочтительно 6 мм. Для изготовления распорок, раскосов и диафрагм используют уголок, например 40х40х4 мм.

Указанные в полезной модели параметры обеспечивают легкость конструкции при достаточной жесткости и прочности и быстрого выполнения строительно-монтажных работ при применении в кабельных эстакадах.

Операции изготовления секции фермы длиной 3 м (фиг. 6) следующие.

Подготавливают стальной горячекатаный лист с заданными параметрами, например 800×3000×6 мм. Нарезают следующие элементы: четыре полосы для поясов, с заданными размерами, например 180×3000×6 мм; тридцать два раскоса из уголка 40×40×4 мм с заданной длиной, например 680 мм; восемь распорок из уголка 40×40×4 мм с заданной длиной, например 650 мм; две диафрагмы из уголка 40×40×4 мм с заданной длиной, например 860 мм. Гнут четыре полосы, образуя пояса в виде С-образного профиля, с заданными размерами, например 64×52×64 мм, длиной 3000 толщина пластины 6 мм. Сверлят или с помощью перфорации образуют в полках 11 С-образного профиля по всей длине в ряд сквозные отверстия. Сверлят сквозные отверстия в раскосах, в распорках, в диафрагмах. Покрывают все элементы сборной секции горячеоцинкованным покрытием.

Вариант 1 осуществления.

В данном варианте раскосы колоны покрыты органопластиками, такое решение, во-первых, обеспечивает высокую защиту самых нагруженных элементов от неблагоприятных условий окружающей среды, во-вторых, обеспечивает повышенную прочность растягивающим усилиям при сохранении небольшого веса. Толщина покрытия может составлять от 0,1 до 2 мм.

Вариант 2 осуществления

В данном варианте в раскосы, распорки, диафрагмы выполнены из титана или алюминия. Благодаря меньшей плотности алюминия и титана удается повысить надёжность изделия, обеспечивая не большой вес конструкции.

Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидными другие варианты осуществления полезной модели, не выходящие за переделы сущности и объема данной полезной модели.

Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключат множественности элементов, если отдельно не указано иное.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкую полезную модель и что данная полезная модель не должна ограничиваться конкретными показателями и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.

Сборка одной секции трехметровой секции фермы на объекте:

Располагают горизонтально на ровной площадке четыре пояса из С-образного профиля 1. Связывают пояса раскосами 2, распорками 3 и диафрагмами 4 при помощи болтовых соединений по графической развертке фиг. 3 или фиг. 4, образуя одну сборную секцию. Возможно другие варианты графической развертки. По торцам поясов 1, если секцию используют как горизонтальную балку, устанавливают соединительные пластины 5. Если секцию используют как вертикальную колонну, то устанавливают опорные элементы 6.

Для варианта использования секции в виде вертикальной колонны для кабельной эстакады операции следующие.

Устанавливают секцию на фундамент 7 вертикально с помощью подъемного механизма (автокрана). Крепят секцию опорными элементами 6 к фундаменту 7 анкерными болтами. Подключают секцию к контуру заземления не менее чем в двух местах, болтовым соединением к поясу.

Для вариант использования секции в виде горизонтального прогона для кабельной эстакады, следующие операции.

Устанавливают собранную секцию на смонтированные колоны кабельной эстакады 9 с помощью подъемного механизма (автокрана). Крепят сборную секцию (горизонтальная балка) с помощью скоб к опорным пластинам 6 колонны эстакады 9. Несколько сборных секций стыкуют между собой соединительными пластинами 5, образуя горизонтальный прогон кабельной эстакады 10.

Также есть вариант вертикальной сборки пространственной фермы установки, не выходящий за переделы сущности и объема данной полезной модели

В программном комплексе ЛИРА выполнен проверочный расчет прочности конструкции балочного перехода длиной 18 м полезной модели и аналога. Результаты расчета представлены в таблице 1.

Таблица – 1. Сравнение балочного перехода длиной 18 м

№ п/п	Параметр	Аналог	Полезная модель
1	Перекрываемый пролет, м	18	18
2	Размер поперечного сечения по расчетной схеме м х м	0,75 х 0,75	0,75 х 0,75
3	Профиль поясов	Профильная труба квадратного сечения 100х100х8 мм	С-образный профиль 100х100х6 мм
4	Профиль раскосов, распорок, связей	Профильная труба квадратного сечения 40х40х3 мм	Уголок 40х40х4 мм
5	Предельная внешняя нагрузка, кг/м	550 кг/м	400 кг/м
6	Марка стали	С345	С345
7	Расчетное сопротивление стали Ry, кг/см2	3400	3400
8	Напряжения в сечениях элементов, кг/см2	3145	2415
9	Результаты расчетов - 1 ПС прочность, %	95	57
10	Результаты расчетов - 1 ПС общая устойчивость, %	97	99
11	Результаты расчетов – Местная устойчивость, %	23	97
12	Результаты расчетов - 2 ПС гибкость, %	54	87
13	Вертикальные перемещения, мм	29	38
14	Предельные вертикальные перемещения, мм	77	77
15	Общий вес балки, кг	2116,8	1169,3
16	Прогонный вес балки, кг/м	117,6	64,6
17	Прогонный вес балки снижен, на	-	55%
18	Коэффициент отношения полезной нагрузки (кабель, трубопровод и т.п.) к погонному весу баки	550/117,6=4,67	400/64,6=6,19
19	Коэффициент отношения полезной нагрузки (кабель, трубопровод и т.п.) к погонному весу баки увеличен на	-	32 %

Таким образом, заявляемая конструкция пространственной фермы высокой заводской готовности из-за применения для поясов С-образный профиль, а для раскосов - распорок и диафрагм уголок, вместо профильных труб позволило уменьшить общий вес фермы в два раза и повысить коэффициент отношения полезной внешней нагрузки к погонному весу фермы. На строительной площадке для сборки секции используют всего четыре элемента – пояс, раскос, распорка, диафрагма, что позволяет сократить время строительно-монтажных работ, снизить габаритные размеры элементов и уменьшить их массу, что в комплексе снизило затраты на изготовление и транспортировку к месту строительства и обеспечивает легкость сборки требуемой конфигурации за счет использования уголков, С-образного гнутого профиля, болтовых соединений. При необходимости можно разобрать колонну, перевезти и собрать в новом месте строительства.

Поперечное сечение фермы может быть квадратным или прямоугольным в зависимости от схемы размещения анкерных болтов в фундаменте.

Claims (7)

1. Пространственная ферма, состоящая из сборных секций, которые соединены между собой болтовыми соединениями, отличающаяся тем, что сборная секция образована четырьмя поясами, каждый пояс представляет собой гнутый С-образный профиль с двумя полками, на каждой полке по всей длине выполнен ряд сквозных отверстий, при этом указанные пояса жестко связаны между собой раскосами, распорками и диафрагмами с помощью болтового соединения.

2. Пространственная ферма по п.1, отличающаяся тем, что основание пространственной фермы представляет собой прямоугольник.

3. Пространственная ферма по п.1, отличающаяся тем, что указанные раскосы, распорки и диафрагмы изготовлены из уголка.

4. Пространственная ферма по п.1, отличающаяся тем, что указанные раскосы, распорки и диафрагмы покрыты органопластиками.

5. Пространственная ферма по п.1, отличающаяся тем, что указанные раскосы и распорки выполнены из титана и алюминия.

6. Пространственная ферма по п.1, отличающаяся тем, что на торцах поясов установлены опорные элементы со сквозными отверстиями таким образом, что обеспечивается болтовое соединение к фундаменту или к дополнительной сборной секции.

7. Пространственная ферма по п.1, отличающаяся тем, что при этом на торцах поясов установлены соединительные пластины для обеспечения стыковки с соседней сборной секцией горизонтального прогона при горизонтальном размещении фермы.