Устройство для подвески крупногабаритного элемента

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДВЕСКИ КРУПНОГАБАРИТНОГО ЭЛЕМЕНТА, содержащее смонтированные на основании неподвижную опору и подвижные опоры, отличающееся тем, что, с целью устранения температурных деформаций при подвеске крупногабаритного алюминиевого элемента типа цилиндрической оболочки на стальное вертикальное основание, неподвижная опора расположена у верхнего торца элемента и выполнена из нескольких горизонтальных рамок и равных им по числу алюминиевых наклонных стержней , при этом каждая рамка выполнена лз двух алюминиевых стержней ,шарнирг о закрепленных одними кокцами в здной из опорных точек элемента и другими концами - на основании в точках касания лучей, проведенных из эпорной точки элемента к окружности , описанной вокруг поперечного сечения основания, а каждый алюминиевый наклонный стержень распс :ожен в вертикальной осевой плоскости и . шарнирно соединен с опорной точкой элемента и с основанием, каждая подвижная опора расположена горизонтально и выполнена из, нескольких алюминиевых стержневых рамок, идентичных по конфигурации и креплению рамкам неподвижной опоры, при этом длина алюминиевого горизонтального стержня неподвижной и подвижных опор и длина алюминиевого наклонного стержня неподвижной опоры определены из соотношений ,, W С где ЕГ R длина горизонтального алюминиевого стержня; внутренний радиус элемента типа цилиндрической оболочки ) Г радиус окружности, описанной вокруг поперечного сечения основания, е, длина наклонного алюминие вого стержня} ел S расстояние от опорной точки элемента до вертикальО СП ной линии, проходящей через точку крепления наклонного стержня к основанию.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) Г 16 М 11 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ч /

- -7/ (р Д - ;E» Д 6, где Я

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ1Ф (21 ) 3512740/25-27 (22) 12.11.82 (46) 23.02.84. Бюл. 9 7 (72) A.В. Самоцветов и Б.С.-Г. Рябой (53) 621.219(088.8) (56 ) 1, Авторское свидетельство СССР

9 568780, кл. F 16 L 3/18, 1976.

2. Металлические конструкции. Под ред. Н. С. Стрелецкого, Стройиздат, М., 1961, с. 696-697, рис. XXII. 2 и XXI I. 3 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДВЕСКИ

КРУПНОГАБАРИТНОГО ЭЛЕМЕНТА, содержащее смонтированные на основании неподвижную опору и подвижные опоры, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью устранения температурных деформаций при подвеске крупногабаритного алюминиевого элемента типа цилиндрической оболочки на стальное вертикальное основание, неподвижная опора расположена у верхнего торца элемента и выполнена из нескольких горизонтальных рамок и равных им по числу алюминиевых наклонных стержней, при этом каждая рамка выполнена яз двух алюминиевых стержней, шарнир«о закрепленных одними концами в одной из опорных точек элемента.и цругими концами — на основании в точ ках касания лучей, проведенных из опорной точки элемента к окружности, описанной вокруг поперечного сечения основания, а каждый алюминиевый наклонный стержень распс:ожен в вертикальной осевой плоскости и шарнирно соединен с опорной точкой элемента и с основанием, каждая подвижная опора расположена горизонтально и выполнена из, нескольких алюминиевых стержневых рамок, идентичных по конфигурации и креплению рамкам неподвижной опоры, при этом длина алюминиевого горизонтального стержня неподвижной и подвижных опор и длина алюминиевого наклонного стержня неподвижной опоры определены из соотношений длина горизонтального алюминиевого стержня, внутренний радиус элемента типа цилиндрической оболочки ) радиус окружности, описанной вокруг поперечного сечения основания; длина наклонного алюминиеного стержня; расстояние от опорной точки элемента до вертикальной линии, проходящей через точку крепления наклонного стержня к оснонанию.

1075050

Изобретение относится к опорным устройствам и может быть использо)вано для подвески крупногабаритногр элемента типа цилиндрической оболочки из алюминиевых сплавов иа стальную башню, проходящую внутри этого элемента.

Известно устройство свободно-неподвижной опоры трубопровода, содержащее жестко укрепленные на основании стойки и соединяющий их ригель, на котором установлен вращающийся ролик с кольцевым пазом, а между роликом и трубопроводом установлен башмак с продольным выступом на нижней горизонтальной поверхности, при- 15 чем выступ входит в паэ ролика.

Это устройство обеспечивает развязку продольных температурных расширений трубопровода отнбсительно основания (1J .. 20

Однако устройство не может быть использовано для подвески крупногабаритного элемента в виде цилиндрической оболочки, так как оно не содержит технических средств для этого .

Наиболее близким к изобретению является устройство для подвески крупногабаритного элемента, содержащее смонтированные на основании неподвижную опору и подвижные опоры.

Неподвижная анкерная опора выполнена в виде монолитного бетонного блока, обеспечивающего восприятие продольных и поперечных сил от веса трубопровода. Каждая подвижная опора выполнена в виде кольцевой обоймы, охватывающей сечение трубопровода, а также бетонного фундамента и двух катков с горизонтальными осями, расположенных между фундаментом и опорными площадкаьы кольцевой обоймы. Подвижная опора воспринимает составляющие от силы тяжести, а также обеспечивает воэможность 45 продольного перемещения данного сечения трубопровода при его температурном расширении (2) .

Недостатком известного устройства является невозможность устране- 50 вия температурных деформаций при подвеске крупногабаритного алюминиевого элемента типа цилиндрической оболочки на стальную башню, так как оно не содержит технических средств для многоточечного опирания в поперечных сечениях и обеспечения температурной развязки в этих сечениях.

Целью изобретения является устранение температурных деформаций 60 при подвеске крупногабаритного эле. мента типа цилиндрической оболочки на стальное вертикальное основание.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для подвески б5 крупногабаритного элемента, содержащем смонтированные на основании неподвижную опору,и подвижные опоры, неподвижная опора расположена у верхнего торца элемента и выполнена из нескольких горизонтальных рамок и равных им по числу алюминиевых наклонных стержней, при этом каждая рамка выполнена из дву алюьыниевых стержней, шарнирно закрепленных одними концами в одной из опорных точек элемента и другими концами - на основании в точках касания лучей, проведенных из опорной точки элемента к окружности, описан ной вокруг поперечного сечения основания, а каждый алюминиевый наклонный стержень расположен в вертикальной осевой плоскости и шарнирно соединен с опорной точкой элемента и с основанием, каждая подвижная опора расположена горизонтально и выполнена из нескольких алюминиевых стержневых рамок, идентичных по конфигурации и креплению рамкам неподвижной опоры, при этом длина алюминиевого горизонтального стержня неподвижной и подвижных опор и длина каждого алюминиевого наклонного стержня неподвижной опоры определены из соотношений

roe г ( длина горизонтального алюминиевого стержня, внутренний радиус элемента типа цилиндрической оболоч. ки", радиус окружности, описанной вокруг поперечного сечения основания, длина наклонного алюминиевого стержня расстояние от опорной точки элемента до вертикальной линии, проходящей через точку крепления наклонного стержня к основанию.

На фиг. 1 показано устройство общий вид, на фиг. 2 — то же, разрез, на фиг. 3 — Б на фиг. 2, на фиг. 4 — сечение В-В на фиг. 2; на фиг. 5 — стержневая рамка и наклонный стержень неподвижной опоры, на фиг. 6 — схема деформаций в горизонтальном сечении, на фиг. 7 - схема вертикального перемещения точек элемента, на фиг. 8 — пример подвески элемента на треугольное вертикальное основание (3 точки крепления); на фиг. 9 - подвеска элемента на квадратное вертикальное основание (4 точки крепления), на фкг. 10 подвеска элемента на пятиугольное вертикальное основание (5 точек креп1075050

55 ления ) ; на фи r. 11 — подвеска элемента на шестиугольное основание на 6 точек; на фиг. 12 — подвеска элемента на восьмиугольное основание на 8 точек, на фиг. 13 — подвеска элемента на 8 точек на восьми- 5 угольное основание с уменьшенным поперечным сечением (с перекрещивающимися рамками в двух горизонтальных плоскостях); на фиг. 14 — подвеска элемента на 6 точек на шести- 10 угольное основание с уменьшенным сечением (с перекрещивающимися рамками в двух горизонтальных плоскостях), на. фиг. 15 — подвеска элемента на б точек на круглое уменьшен- 15 ное основание (рамки расположены в двух горизонтальных плоскостях), на фиг. 16 — пространственная схема расположения перекрещивающихся рамок в горизонтальных плоскостях, 20 на фиг. 17 — схема построения рамки при круглом сечении основания с любым диаметром.

Устройство для подвески алюминиевого крупногабаритного элемента 25

1 типа цилиндрической оболочки на стальное вертикальное основание 2 (фиг. 1-4) содержит неподвижную опору 3, установленную у верхнего торца элемента 1 и несколько под- 30 вижных опор 4, равномерно установленных по высоте элемента 1. Их число произвольно и определяется в каждом конкретном случае.

Неподвижная. опора 3 состоит из нескольких рамок 5 (на фиг. 1 и 3 показано четыре рамки 5) и соответствующего числа наклонных стержней б.

Каждая рамка 5 лежит в горизонталь-, ной плоскости и выполнена из двух алюминиевых стержней 7 и 8, которые одними концами шарнирно закреплены в опорной точке элемента 1, например, в точке A, a другими концами шарнирно закреплены на основании 2.

Стержневая рама 5 может поворачи45 ваться относительно горизонтальной линии 9, прОходящей через точки крепления стержней 7 и 8 к основанию 2. Наклонный стержень б выполнен из алюминиевых сплавов и шарнирно закреплен в опорной точке A элемента 1 и на основании 2. Стержень б может быть расположен снизу, как показано на фиг. 1, 2 и работать на сжатие от действия весовой нагрузки, но может быть расположен сверху, как показано на. фиг. 2 пунктиром. В последнем случае стержень б работает на растяжение от весовой нагрузки от элемента 1, но высота осно- 60 вания 2 должна быть больше, чем экономически нецелесообразно.

Неподвижная опора 3 обеспечивает расположение верхнего торца элемента 1 в неподвижной горизонтальной плоскости 10 при изменении температуры, неподвижность центральной точки 0 элемента 1, которая совпадает с центром основания 2, а также обеспечивает свободу температурного расширения алюминиевого элемента 1 по радиальным направлениям, как показано стрелками на фиг. 3. Одновременно неподвижная опора 3 обеспечивает многоточечное опирание элемента 1 в горизонтальном сечении и фиксированное закреппение элемента 1, что не-. обходимо при воздействии боковых нагрузок от ветра.

Каждая подвижная опора 4 расположена в горизонтальном сечении конструкции и состоит из нескольких рамок 11, каждая из которых состоит из двух алюминиевых стержней 12 и 13,,одними концами шарнирно закрепленных на элементе 1 в опорной точке Б, а другими концами шарнирно закрепленных на основании 2. Рамка 11 может быть повернута вокруг линии 14, проходящей через точки опирания стержней 12 и 13 на основание 2 (фиг. 1, 2, 4). По своей конструкции рамки 11 идентичны рамкам 5 неподвижной опоры 3. Подвижные опоры 4 обеспечивают свободу температурного расширения элемента 1 в вертикальном направлении за счет небольшого поворота рамок 11 при вертикальном смещении опорных точек Б элемента 1, как показано пунктиром на фиг. 1, а также обеспечивает возможность температурного расширения элемента 1 и фиксированного многоточечного его закрепления на основании 2.

Устройство для подвески крупногабаритного элемента типа круговой цилиндрической оболочки на вертикальное основание обеспечивает фиксированную многоточечную в вертикальном и горизонтальном направлениях подвеску, обеспечивает развязку температурных расширений конструктивных элементов и надежное восприятие всех нагрузок оТ веса ветра, монтажных нагрузок и т.д.

На фиг. 5 представлена часть неподвижной опоры 3, включающая горизонтальную рамку из стержней 7, 8 и наклонный стержень 6, соединенные с опорной точкой A элемента 1 и закрепленные на основании 2 в точках В, С, Д. Линия OA является внутренним радиусом элемента 1 и она перпендикулярна вертикальной плоскости ВСД-грани основания 2. На фиг. 6 представлена схема деформаций основания 2, элемента 1 и рамки CAB при повышении- температуры (вид сверху).

Для упрощения обозначено 0Е

EA = Н, OA = R EC =о . При нагреве на g t все точки конструкции в поо

1075050 эагленив R -2Rh+r =H получено выражение

2R at ка 2Rh at "с 2Rh at с а lh at o»ñc=

5 2аг atо о».о+ 3Н Л ga-la at o»c ®

Производим сокращение на 2 ...a tо, что свидетельствует о независимости уравнения (3) от величины т.е. о работоспособности конструк-. ции при любой температуре.

Rh — h ) 20 и заменив

R — Rh — Н = Rh

Я 2

r(R — h ) = h1» (так как (»» — h) = R u

2 . z

25 получено выражение

ga 1 Н = 040 h »»

R — 2 Rh+h я 2 (» а-o(c ) или

30 или

R+R ° до h-) о (<»atо.ь о)г(а гНг) (а а, о, )г 35

40 раскрыв скобки

R+ 2R ht gц - 2Rh — 2 Rh ДС O»c+

+ R /iat ofa ) — 2Rh... ДС ° С с =

2! o. .,, о

Б11 (Д . OLa Дe «» О ) + 11 + 211 Н

gt O».c+ 1 (at о о ) = а + Н +

+ ?а.at ° o(a + 2Н - atо + à. (Д х г о 2 l o ч»»га) + Н (gt oca )г — аД - 2a дгох

Ы 0».с ) °

Приведя подобные члены а и исключив члены второго порядка малости, содержащие квадраты или произведения фас и Ко 60

°

«к 2R ь1 .g,a-2Rh-2Rh а ь . -2Rh at" гх,а+

«Ь 2h atо кс=Н +*ха и Жог2Н и s.a-2a atо о»с () 65 перечном сечении фиг. б будут смещаться по радиальным направлениям от.неподвижной точки О, причем эти смещения пропорциональны расстоянию до неподвижной точки О, величине .д t и коэффициенту температурного расширения стали (oh = 11310 )

ИЛН аЛЮМИНИЕВЫХ СПЛаВОВ (O(a

"-22 10 }. Точки А, В, С, Е переместятся соответственно в точки A

В», С«, Е .

Уравнение отрезков вдоль линии

OA после нагрева на Ь to имеет вид

R + дН = h + дЬ + Е А (f)

Очевидно р a,R = R ° Д t ° o»,a, ДЬ = h at «

«o»o, а = Е A а(ь о р»с+1) . Первоначальная лина стержня AC < BA = аг + П, а длина стержня после нагрева ав A С = 6 = (1 +

+ g то <о ) ° а + 1«, Из прямоугольного треугольника С Е А

Е Ь - (E .»о = ((+at ка г((Р H )-(а+а at oLc

Подставив найденные значения aR, ah u

E AI в (1)

R+R ь o»а"-b+ и ° дЮмс+

+ (

Возведя в квадрат левую и правую части равеиства

at - OLa — " — " "" » е )

+д+о» ) (а2 + 82) (а + à" ato < ) с а "" с с Rh ь»e

2 а О а + Н Ма — а Ь»С или

OLQ (" — "" — " ) — с д 2

2 (aa»хс ) (Wa-0»с) = а (О а O»,С)

Тогда а Щ", (Ф) Полученное расчетное выражение (4) свидетельствует о том, что угол OCA прямой и треугольник ОСА является прямоугольным так, как отрезок СЕ является высотой треугольника ОСА, опущенного на гипотенуэу ОА из вершины прямого угла ОСА, Таким образом отрезок ОС является радиусом окружности, описанной вокруг многогранного сечения стального основания или радиусом круглого сечения этого основания. Длина горизонтальных алюминиевых стержней 7 и 8 (фиг. 17) определяется построением I касательных линий, проведенных иэ опорной точки A к окружности поперечного сечения стального основания 2.

Если эаданы внутренний радиус R алюминиевого элемента 1 и наружный радиус r (или радиус описанной окружности) стального основания 2, то расчетная длина 4» горизонтального стержня б, 7, 12, 13 определяется иэ треугольника OCA (фиг. 17) . -„2 2 (5) у гол между линией ОА и гори зонтальным стержнем. определяетСя иэ треугольника OCA по выражению

В» и pi — если стержни б, 7, 8

» (фи г. 5 ) опираются на одну вертикальную плоскость ВСД, то стержень

1075050

6, должен быть равным .по длине стержням 7 и 8, а угол наклона 8 должен быть равен углу р, так как работа стержня б идентична работе стержней 7 и 8 при обеспечении радиального перемещения точки А. Ес- 5 ли стержень 6 прикреплен к основанию в точке, не лежащей в вертикальной плоскости, проходящей через точки крепления стержней 7 и 8 к основанию 2, то ;;лина наклонного стержня б и угол 5 его наклона будУт другими и определяются с учетом расстояния AK (фиг. 17). Так как отре- зок AK является проекцией наклонного стержня б на,-горизонтальную плос- 15 кость и его величина равна S = R — г

То подставив в выражение (4) вмес- . то Н значение S = R — r а вместо значение r получим вертикальную проекцию наклонного стержня б 20

О, - »(R-»7

1 а длина наклонного стержня будет рав-. на

E Б* Г»- - ф- »1 Я-»» =

=-дД: 7- ляг

Угол наклона стержня б к радиусу OA определится иэ фиг. 16 по выражению 30

Общим для двух случаев крепления наклонного стержня б на основание

2 будет следующее выражение для его длины н = 6 Я, где S расстояние от опорной точки элемента 1 до вертикальной линии, проходящей через точ- 40 ку крепления наклонного стержня б к основании 2. В первом случае, когда стержень б закреплен как и стержень 7 и 8 на вертикальной плоскости ВСД (фиг. 5 и б ) величина 45

S = R — h, а во втором случае, когда стержень б закреплен вне вертикальной плоскости, проходящей через точки ВС (фиг. 16) величина S = R-r, I

На фиг. 8-12 представлены биме 50 ры расположения стержней 7 и 8 горизонтальных рамок, когда сечение основания 2 является правильным ,многоугольником, а на каждой грани .

1основания закреплены горизонтальные и наклонные стержни. На фиг. 13 и 14 представлены варианты двухярус ного расположения рамок в близко расположенных плоскостях (как показано на фиг. 16). Это позволяет 60 при заданном числе опорных точек элементы 1 уменьшить размер сечения основания 2. На фиг. 15 дан пример круглого сечения основания 2. На фиг. 15 дан пример круглого сечения 65 основания 2 и двухярусного расположения горизонтальных рамок.

Пример расчета. Дано R = 10 мм, радиус описанной окружности квадратного сечения основания равен

r = 5 м (фиг. 9 ) . Определить дли ны стержней и углы их наклона, если наклонные стержни закреплены на тех же гранях основания, что и горизонтальные стержни.

Определяем длину наклонного и горизонтальных стержней по формуле (5.)

i„= г = В - = 10-5=

Я- ?

Н вЂ” 8,66 м

Углы наклона стержней определены по формуле

Ь ")= « = — = — -05;Р=6 30

1О > { ÐHMeÐ Расчета. Дано R = 10 м, диус круглого сечения основания

r = 5 м. Определить длины и углы наклона горизонтальных и наклонных стержней .

1» = a — » = 10» = 8,66 м

1 5 «P= — =05 =300

R (о >г н- ЙЛ-»Тa

В«о = =10Л = 0,|. Ot 8 45о г —

Как показано выше, радиус поперечного сечения основания может быть любым, он выбирается в соответствии с действующими на основание нагрузками. Предложенное устройство подвески элемента не налагает ограничений на размер поперечного сечения основания, так как при любом размере предложенное устройство подвески обеспечивает автоматическое слежение и обеспечение температурной развязки при многоточечном опирании цилиндрического элемента.

При температурном расширении элемента 1 его нижний конец перемещается по вертикали. Свободу вертикальных перемещений обеспечивают подвижные опоры 4, горизонтальные стержни 12 и 13, составляющие треугольные рамки 11, поворачиваются вокруг горизонтальной линии на небрльшой угол на фиг. 2 показано пунктиром отклоненное положение рамок). На фиг. 7 дана схема поворота рамки с высотой

Н вокруг горизонтальной линии на угол . Определим величину угла / и величину проседания b опорной точки М. Величина перемещения по вертикали точки М при перепаде температуры на ht будет равна

hP — > h< (с а О с ), где P — расстояние от точки М до верхверхнего края элемента. Угол наклона

1075050

10 горизонтальной рамки с высоуой Н будет определен из соотношений

Sin(= ЬР/Н

Примем в качестве примера, Р = 50м, Н = 5 и, . t = 50, (Ма.с с ) = 11 10

О "5

Тогда g Р = 50000Х50 11Х10 =

27, 5 у м

5 n$ = — =ООО95g=Q Щ

БООО

Проседание точки N будет равно ь = H(1 — сов $ = 500 х (1-0,99994 }= — 500х0,00006 = 0,03 мм

Столь незначительное проседание, равное сотым долям миллиметра, не повлияет на форму элемента, а.очень малые углы поворота рамок позволяют от шарнирных узлов крепления стержней к основанию и к элементу перейти к жесткому их закреплению. монтаж элемента 1 на основание

2 осуществляют следующим порядком.

На основание 2 закрепляют стержни неподвижной опоры 3, затем закрепляют к ним верхний ряд панелей, из которых составлен крупногабаритный элемент, устанавливают. первую подвижную опору на основание 2 и на нижний край верхнего ряда панелей.

Затем к верхнему ряду панелей подвешивают панели среднего кольцевого ряда панелей и устанавливают нижнюю подвижную опору. Если число рядов панелей больше, то-аналогичная последовательность операций продолжается.

Общественно-полезная эффективность изобретения заключается, по сравнению с прототипом, в обеспечении возможности подвески крупногабаритных элементов типа цилиндрической оболочки, выполненной из алюминиевых сплавов, на вертикальное основание, выполненное из стали

5 Кроме того, обеспечение многоточечного и фиксированного закрепления позволяет снизить прочностные и жесткостные требования к конструкции элемента 1, снизить его вес

10 и стоимость изготовления за счет применения меньших строительных высот, более экономичных профилей и. т.п.

Экономический эффект от использованияя из обре те ни я можно определить следующим образом. Многоточечное опирание алюминиевого элемента можно выполнить и на алюминиевое основание, так как при этом вопрос об обеспечении свободы температурных расширений автоматически решаетсяр так как нет разницы в коэффициентах температурного расширения материалов основания и элемента. Поэтому экономический эффект от использования изобретения можно оценить как разность между стоимостью алюминиевого и и стального основания одинаковых размеров. Стальное основание высотой 70 м и диаметром 10 м весит примерно 240 тонн. Стоимость изготовленных и смонтированных стальконструкций — 450 руб/т.

Аналогичное по прочности и жестМ кости алюминиевое основание весит

180 тонн, но стоимость одной тонны конструкций значительно выше .—

2 тыс,. руб, Экономический эффект равен;.

40 180х2000 — 240Х450 = 360 т.р. †1 т.р. -= 252 р.

1075050

1075050

1075050

Составитель Г. Без зубце на

Редактор A. Шандор Техред A.Бабинец Корректор ц. Макаренко

Заказ 477/32 Тираж б 13 Поццисное

ВНИИПИ Государственного комите — à СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, ц. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4