SK501432018U1 - Adaptívna lanová kupola Kiewittovho typu s akčnými prvkami - Google Patents

Abstract

Adaptívna lanová kupola Kiewittovho typu s akčnými prvkami, bez alebo s vrcholovým prstencom, pozostáva z ťahom namáhaných hrebeňových lán (1), diagonálnych lán (2), lanových prstencov (3) a vertikálne situovaných tlačených prútov, ktoré sú vytvorené ako akčné prvky (4). Sústava je ukotvená do podperného obrysového podsystému (5). Vnesením začiatočných predpínacích síl do lanových konštrukčných prvkov sa dosiahne požadovaný geometrický tvar sústavy, jej napätosť, tuhosť a stabilita. Každý prvok sústavy je permanentne monitorovaný prostredníctvom snímačov (6) síl a riadiacej elektroniky (7), ktoré zaznamenávajú aktuálne hodnoty veličín v reálnom čase. Tieto sa vyhodnotia prostredníctvom počítačového systému (8). V prípade, že sily v lanách a prútoch stúpnu nad alebo klesnú pod požadovanú úroveň zadefinovaných kritérií spoľahlivosti, počítačový systém (8) stanoví také veľkosti a smery pohybov akčných prvkov (4) (skrátenie alebo predĺženie, prostredníctvom zariadenia (9) na ovládanie pohybov akčných prvkov), aby sa dosiahlo také prerozdelenie síl v sústave, ktoré zaistí splnenie stanovených podmienok spoľahlivosti.

Description

Oblasť techniky

Technické riešenie možno zaradiť do oblasti nosných konštrukcií inžinierskeho staviteľstva.

Doterajší stav techniky

Predpäté lanové kupoly Kiewittovho typu predstavujú moderné progresívne nosné systémy umožňujúce tvorbu architektonicky atraktívnych priestorových nosných strešných konštrukcií nad kruhovým alebo oválnym pôdorysom, bez alebo s vrcholovým prstencom, vyznačujúcich sa nízkou hmotnosťou, subtílnym vzhľadom a vysokou efektívnosťou.

Hlavné nosné konštrukčné prvky lanovej kupoly Kiewittovho typu tvoria priestorovo (šikmo) a rovinne (priamo) usporiadané ťahom namáhané hrebeňové a diagonálne laná, ktoré sú vzájomne prepojené tlačenými, vertikálne situovanými, prútovými prvkami, pričom dolné pásy sú nahradené lanovými prstencami. Zavedením predpätia do lanových konštrukčných prvkov kupoly sa dosiahne požadovaná stabilita a tuhosť sústavy. Lanová kupola Kiewittovho typu vznikla kombináciou lanovej kupoly Geigerovho typu, ktorá má hrebeňové a diagonálne laná v pôdorysnom priemete priamo vedené do stredu kupoly a Levyho typu, ktorá má usporiadanie hrebeňových a diagonálnych lán vzájomne vystriedané prostredníctvom prepojenia k nasledujúcim susedným tlačeným prútovým prvkom. Lanová kupola Kiewittovho typu má teda kruhový pôdorys rozčlenený do niekoľkých častí a každá časť je rozdelená pomocou šikmých a priamych skupín hrebeňových lán do kosodížnikového vzoru. Predpäté lanové kupoly Kiewittovho typu sa používajú na zastrešenia objektov a priestorov s veľkým rozpätím, akými sú športové haly, spoločenské pavilóny a pod., kde sa môže vyskytovať veľký počet ľudí. Preto nároky na spoľahlivosť uvedených objektov sú vyš šie ako v iných prípadoch.

V súčasnosti používané predpäté lanové kupoly Kiewittovho typu neobsahujú akčné prvky. Nevýhodou uvedeného konštrukčného systému je, že nedokáže v reálnom čase prispôsobovať svoju napätos ť a geometriu meniacim sa aktuálnym mimoriadnym zaťažovacím účinkom a vplyvom prostredia (účinky mimoriadneho zaťaženia akými sú sneh, vietor, zemetrasenie, výbuch, oheň (teplota), náraz vozidla a pod.), ani eliminovať straty predpätia vyvolané relaxáciou a dotvarovaním lanových konštrukčných prvkov. Tieto faktory môžu spôsobiť prekročenie limitných kritérií medzných stavov únosnosti a používateľnosti, a tým zapríčiniť poruchu, resp. stratu spoľahlivosti sústavy. Tieto konštrukcie nie sú vybavené akčnými prvkami a takými monitorovacími, kontrolnými a riadiacimi zariadeniami, ktoré dokážu reagovať na mimoriadne účinky zaťaženia a na pokles tuhosti, a tým zaistiť požadovanú mieru spoľahlivosti sústavy.

Súčasné trendy v navrhovaní nosných systémov v stavebníctve smerujú k aplikácii adaptívnych nosných sústav, ktoré umožnia dosiahnuť trvalú spoľahlivosť, bezpečnosť a funkčnú spôsobilosť počas návrhovej životnosti konštrukcie.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky rieši Adaptívna lanová kupola Kiewittovho typu s akčnými prvkami, ktorej podstata spočíva v tom, že tlakom namáhané, vertikálne situované, prútové prvky sústavy sú vytvorené ako akčné prvky, ktoré sa môžu skracovať a predlžovať, a tým prispôsobovať napäťový stav a geometrický tvar konštrukcie aktuálnej zmene statického a dynamického zaťaženia a aktuálnym podmienkam prostredia.

Popísaný adaptívny nosný systém aktívne monitoruje veľkosti vnútorných síl a deformácií, vyhodnocuje ich, a prostredníctvom riadiacich príkazov v tvare zodpovedajúcich pohybov jednotlivých akčných prvkov udržiava požadovanú mieru spoľahlivosti sústavy s priamou väzbou na kritérium zodpovedajúceho medzného stavu.

Adaptívny lanový nosný systém takto dosiahne zmenou svojich vlastností splnenie podmienok spoľahlivosti, to znamená, že nedôjde k prekročeniu stanovených kritérií medzných stavov únosnosti a používateľnosti. Tento nosný systém obsahuje akčné prvky, snímače (na snímanie sily, deformácie, polohy, rýchlosti, zrýchlenia, kmitavého pohybu a podobne, a to prostredníctvom silomerov, tenzometrov, magnetických mikrodrôtov, priehybomerov, rýchlomerov, akcelerometrov a ďalších meracích prístrojov napríklad na báze videoextenzometrie), riadiace hardvérové a programové vybavenie na analýzu aktuálneho stavu konštrukcie, posúdenie jej spoľahlivosti a riadenie pohybov. Snímače zaznamenávajú sily v lanových a prútových prvkoch, ktoré sú kontinuálne monitorované a vyhodnocované pri každej zmene vonkajšieho zaťaženia, resp. podmienok prostredia. V prípade prekročenia stanovených kritérií sa uskutočnia definované posuny akčných prvkov, skrátenie alebo predĺženie, čím sa konštrukcia stáva poddajnejšou alebo tuhšou v závislosti od požadovaných vlastností.

S K 50143-2018 U1

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na výkresoch sú znázornené schémy Adaptívnej lanovej kupoly Kiewittovho typu s akčnými prvkami, ktorých počet závisí od rozpätia sústavy, pričom Obr. 1 znázorňuje axonometrickú schému adaptívnej lanovej kupoly s riadiacou elektronikou, počítačovým systémom s monitorovacím, kontrolným, výpočtovým a riadiacim softvérovým vybavením a zariadením na ovládanie pohybov akčných prvkov, Obr. 2 znázorňuje bočný pohľad na adaptívnu lanovú kupolu a Obr. 3 znázorňuje pôdorys.

Príklady uskutočnenia

Adaptívna lanová kupola Kiewittovho typu s akčnými prvkami, znázornená na výkresoch, pozostáva z hrebeňových lán 1, diagonálnych lán 2, lanových prstencov 3 a zvislých prútov vytvorených ako akčné prvky 4. Kupola je prostredníctvom okrajových hrebeňových lán 1 a diagonálnych lán 2 ukotvená do podperného obrysového podsystému 5. Súčasťou lanových konštrukčných prvkov pozostávajúcich z hrebeňových lán 1, diagonálnych lán 2 a lanových prstencov 3 sú snímače 6 síl (silomery), ktoré snímajú aktuálne hodnoty veľkosti osových síl. Všetky prvky sústavy sú v miestach uzlov kĺbovo spojené. Vnesením začiatočných predpínacích síl do lanových prvkov (postupným napínaním diagonálnych lán 2 od vonkajšieho okraja smerom dovnútra) sa dosiahne požadovaný geometrický tvar konštrukcie, jej napätosť, tuhosť a stabilita. Základnou podmienkou spoľahlivosti systému je existencia zadefinovaných ťahových síl v lanových prvkoch, teda požadovaná úroveň jeho predpätia. Pri výraznom poklese ťahových síl, alebo pri ich úplnom vymiznutí (totálne ochabnutie lanových prvkov sústavy) sa sústava mení na tvarovo nestabilný kinematický mechanizmus, ktorý nie je schopný prenášať zaťaženie a plniť požadovanú funkciu.

Pri pôsobení vonkajšieho zaťaženia vo vertikálnom Z_v a horizontálnom smere Zh (obr. 1b), sa sústava pretvorí a dôjde k prerozdeleniu síl v jej prvkoch. Snímače 6 síl zmerajú aktuálne hodnoty osových síl v lanových konštrukčných prvkoch sústavy a tieto sa prostredníctvom riadiacej elektroniky 7 zaznamenajú a vyhodnotia prostredníctvom počítačového systému 8 s monitorovacím, kontrolným, výpočtovým a riadiacim softvérovým vybavením. V prípade, že sily v lanách stúpnu nad alebo klesnú pod požadovanú úroveň zadefinovaných kritérií spoľahlivosti, vyplývajúcich z podmienok medzných stavov únosnosti a používateľnosti, riadiaci softvér stanoví také veľkosti a smery pohybov akčných prvkov 4 (skrátenie alebo predĺženie, prostredníctvom zariadenia 9 na ovládanie pohybov akčných prvkov), aby sa dosiahlo také prerozdelenie síl v lanových konštrukčných prvkoch pozostávajúcich z hrebeňových lán 1, diagonálnych lán 2 a lanových prstencov3 sústavy, ktoré zaistí splnenie stanovených podmienokspoľahlivosti.

Sústava je kontinuálne monitorovaná a akékoľvek zmeny síl v konštrukčných prvkoch sú ihneď zaznamenávané a v reálnom čase vyhodnocované. Pri každej zmene veľkosti a smeru pôsobiaceho zaťaženia Z_v a Zh sa celý proces opakuje.

Priemyselná 'využiteľnosť

Technické riešenie je možné využiť v prípadoch, kedy je potrebné aplikovať adaptívny nosný konštrukčný systém s vysokou mierou spoľahlivosti a bezpečnosti. Svoje uplatnenie môže nájsť pri strešných konštrukciách s veľkým rozpätím, pri ktorých je požadovaná ľahkosť a súčasne aj vysoká spoľahlivosť a bezpečnosť.

Adaptívne predpäté lanové kupoly Kiewittovho typu možno použiť na zastrešenia objektov a priestorov s veľkým rozpätím, akými sú športové haly, spoločenské pavilóny a pod., ktorých odolnosť voči statickým a dynamickým účinkom zaťaženia je dôležitá z hľadiska dôsledkov spojených s ich zrútením, teda pri ktorých možno predpokladať veľmi veľké sociálne, ekonomické a environmentálne dôsledky. Preto nároky na spoľahlivosť uvedených objektov sú vyššie ako v iných prípadoch.

Počet a rozmery ťahom namáhaných lán a tlačených akčných prvkov je možné prispôsobiť požadovanému rozpätiu a tvaru nosnej konštrukcie.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   Adaptívna lanová kupola Kiewittovho typu s akčnými prvkami tvorená lanovými konštrukčnými prvkami pozostávajúcimi z hrebeňových lán (1), diagonálnych lán (2) a lanových prstencov (3) vzájomne prepojených 5 vertikálne situovanými prútovými prvkami, kde hrebeňové laná (1) a diagonálne laná (2) sú ukotvené do podperného obrysového podsystému (5), vyznačujúca sa tým, že vertikálne situované prútové prvky sú vytvorené ako akčné prvky (4), ktoré sú sťahovateľné a rozťahovateľné na prispôsobenie napäťového stavu a geometrického tvaru sústavy aktuálnym podmienkam prostredia, pričom súčasťou lanových konštrukčných prvkov sú snímače (6) síl na meranie aktuálnych hodnôt osových síl v lanových konštrukčných prvkoch, kde 10 snímače (6) síl sú prepojené s riadiacou elektronikou (7) na zaznamenávanie hodnôt osových síl, ktorá je prepojená s počítačovým systémom (8) s monitorovacím, kontrolným, výpočtovým a riadiacim softvérovým vybavením a ten je prepojený so zariadením (9) na ovládanie pohybov akčných prvkov.