Арочная конструкция и способ ее монтажа

 

Изобретение относится к области строительства, в частности к конструкции и технологии монтажа быстровозводимых арочных систем различного назначения. Целью изобретения является повышение безопасности работы при подъеме конструкции в проектное положение. Арочная конструкция состоит из четырех полуарок, предварительно соединенных в замок при помощи двух пар цилиндрических шарниров 2 и 3. Каждая полуарка прикреплена к двум смежным шарнирам 2 и 3 таким образом, что противоположные оси 4 и 5 шарниров пересекаются и точки их пересечения располагаются по линии 10. В одной плоскости шарниры 2 расположены выше точки пересечения их осей, а в другой-перпендикулярно первой плоскости, шарниры 3 расположены ниже точки 7 пересечения их осей. Монтаж арочной конструкции выполняется путем приложения тяговых усилий в направлении, параллельном плоскости расположения осей шарниров. Перед приложением усилий полуарки раскладывают на горизонтальном основании под углом одна к другой с объединением их цилиндрическими шарнирами. 2 с.п. ф-лы, 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51}5 Е 04 3 l/32, 1/343

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕЧБНИЯМ И OTHPblTHAM

ПРИ ГКНТ СССР 1 (21) 4282453/23-33 (22) 09.07.87 (46) 07.01.90. Бюл. Р 1 (71) Центральный научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций им. Н.П..Мельникова (72) Б.Г.Мухин, .С.Г.Григорян, Е.Р.Мацелинский, В.Д..Аристархов и Г.И.Пономарев (53) 69.057.4:621.882(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 42687, кл. Е 04 В 1/32, 1934.

Авторское свидетельство СССР

У 1470891, кл. Е 04 В 1/58, 1987. (54) АРОЧНАЯ КОНСТРУКЦИЯ И СПОСОБ ЕЕ МОНТАЖА (57) Изобретение относится к области строительства, в частности к конструкции и технологии монтажа быстро возводимых арочных систем различного назначения. Целью изобретения является повышение безопасности работы

„,SU 1 4148 А 1

2 при подъеме конструкции в проектное положение. Арочная конструкция состоит нэ четырех полуарок, предварительно соединенных в замок при помощи двух пар цилиндрических шарниров 2 и

3. Каждая полуарка прикреплена к двум смежным шарнирам 2 и 3 таким образом, что противоположные оси 4 и 5 шарниpos пересекаются и точки их пересечения располагаются по.линии 10. В одной плоскости шарниры 2 расположены выше точки пересечения их осей, а в другой — перпендикулярно первой плоскости, шарниры 3 расположены ниже точки 7 пересечения их осей. Монтаж арочной конструкции выполняется путем а приложения тяговых усилий в направлении, параллельном плоскости расположения осей шарниров. Перед приложением усилий полуарки раскладывают на горизонтальном основании под углом одна к другой с объединением их цилиндрическими шарнирами. 2 с.п. ф-лы, 7 ил.

1534148

Изобретение относится к строительству,, в частности к конструкции и технологии монтажа быстровозводимьх

ppQ-HlbD: систем различного назначения„

Целью изобретения является повыше, ие безопасности работы при подъеме

1

На фиг, 1 изображено положение волуарок до начала моi1тажа; на фиг.2- 1О арОчная KGHcTp êöHÿ в проектнОм по ложе-ши, на фиг. 3 — центральная ч Gc T ь конструкции до на чала монтажа;

«la фиг. 4 — центральная часть конст$ укцпи H проектном полсжении; на 15 фиг. 5 и 6 -. схемы взаимного располо;«ения осей шарниров до начала монтажа и в проектном положении соответственно; на фиг. 7 — геометрическая схема взаимного расположения полуарок 2О

Но отношению к координатным плоскостям.

Четыре полуарки 1 предварительно

<оединепы в центральный замок при помощи двух пар цилиндрических шарниров 2 и 3. Каждая полуарка 1 прикреплена к двум смежным шарнирам 2 и 3 так, что противоположные оси 4 и 5 шарниров пересекаются в точках 6 и 7 соответственно и попарно расположены в двух вертикальных взаимно перпендикулярных плоскостях 8 и 9 соответственно. Точки пересечения 6 и 7 противоположных,осей 4 и 5 располагаются на линии 10 пересечения верти35 кальных плоскостей 8 и 9.

В одной плоскости 8 шарниры 2 раз11е11ены выше точки 6 пересечения их осей 4. В другой плоскости 9 шарниры

3 размещены ниже точки 7 пересечения осей 5. Тяговое усилие прикладывают л направлении 11, параллельном плос::ости 9„ где размещены оси 5 шарнирс;::. 3,, расположенных циже точки 7 пе.. с:..челия их осей 5.

45 ! монтаж арочной конструкции выпол--!.яет я следующим образом.

Н а 11лОЩадку ДО с та ил Як т ся IIo луарки

1. Возможна их укрупнительная сборка па стройплощадке из секций. Далее полуарки 1 Объединяются B центральный замок посредством двух пар цилиндрических шарниров 2 и 3, Благодаря указанному расположению осей, расположенных вдоль сторон пространствен55 ного четырехугольника „приложение стя:гивающих усилий к свободным концам полуарок 1 в направлении ill вызывает подьем центра.:11 ной части lpct÷ной конструкции, Тяговое усилие прикладь вается в направлении, параллельном плоскости расположения осей шарниров, к свободным концам полуарок

1 при помощи двух лебедок 12, стягивающих концы 13 тросом 14, Вместо лебедок могут применяться тали, полиспасты и т.п, Свободные концы 13 полуарок 1 могут перемещаться по направляющим с применением катков, уменьшающих трение.

В проектном положении конструкции крепятся свободными концами 13 к заранее выполненным фундаментам известными средствами, например при помощи сварки к закладным деталям фундаментов. Кроме того, фиксация свободных концов полуарок (опорных частей арочной конструкции) может выполняться при помощи других анкерных конструкций и деталей, например костылей, штопоров, погружаемых в грунт. Возможно устройство монолитных фундаментов по месту установки опорных частей полуарок.

Дополнительная фиксация конструкции может быть достигнута при помощи фланцев, укрепленных на концах полуарок в центральном узле. Плоскости фланцев в проектном положении совпадают с вертикальными плоскостями

8и9.

В проектном положении, будучи закрепленной к основанию, конструкция воспринимает распор, работая на восприятие эксплуатационных нагрузок по схеме перекрестной арочной системы.

На восприятие собственного веса в процессе монтажа конструкция работает по балочной схеме.

Сопоставление эффективности предлагаемого способа с известным способом подъема арочной конструкции показывает, что рациональный выбор угла между осями смежных цилиндрических шарниров позволяет избежать предварительного подъема среднего узла на значительную высоту, составляющую 0,361,2 длины хорды.

Определение геометрических параметров подъема арочной конструкции.

В связи с симметрией конструкции рассматривают одну ее четверть, ограниченную двумя полуплоскостями А и В, в которых расположены оси 4 и 5 цилиндрических шарниров 2 и 3.

На фиг. 7 показана проектная геометрия каркаса из перекрестных арок.

5 1534148 б

Пусть пролет арок L ширина Ь, высота h. Соединяют одну из опор D с центральным замком Е прямой DE и строям единичный вектор d расположенный вдоль прямой DE (хорды полуарки) .

Вводят единичные векторы а и Ь,,направленные вдоль осей 4 и 5 цилиндрических шарниров 2 и 3.

Координаты векторов а, Ь и d сво- 10 дят в таблицу.

При составлении данной таблицы учитывалось, что перед началом монтаХ У 2

О совр sing соЫ„О sind й=Ьк а= (sino(cosy; sinpcose, -cosg cospj; (1) с и Ь, а,= в пЫ,costa у в п, coslо;

«cos 0(cos p ) °

Поскольку оси цилиндрических шарниров жестко прикреплены к стержням, взаимные углы между векторами а, й, а и Ь постоянны в любой момент трансформации, поэтому скалярные произведения соответствующих векторов неизменны

ad a d K,; bd=b d К ; ndn,d,=Ê .

Подставив в (2) из таблицы и (1) координаты векторов а а,, bb, dd, и й и скалярно их перемножив, получают величины углов наклона осей шарниров к горизонтальной плоскости:

1 cosd+n sino(=cos8 сово(,;

m сов р +sinp=sin6 сов р,; (3)

1 sirdcosp+m в1прсовЫ-и соЫсовр sinot cos p,cos6+sinp=coso(o sin8, h пГ координаты еди 1 4 1

L +Ь +h яичного вектора.

Вследствие постоянства угла между осями шарниров, представленными векторами а и Ъ, можно записать аЬ=а Ь„ (4) откуда

sind sinpsinal,sinp =cosy, где q- угол между векторами а и Ъ, равный углу между осями цилиндрических шарниров.

Система линейных уравнений (3) устанавливает связь между параметраL . Ь где 1 — — — — — ш=—

L+b+h, L+b+h

50 жа вектор d (хорда полуарки) лежит в горизонтальной плоскости, составляя с

Ъ осью Х угол О. Векторы а и Ь вследс т в не симме трии об р аз уемо го мех аниэ ма в процессе трансформации расположены в плоскостях XOZ u YOZ соответственно. Тяговое усилие от лебедки, приложенное к свободному концу полуарки, направлено по оси У.

Вводят вектор й, перпендикулярный векторам а и Ь, используя их векторное произведение: ми ц, 8, о(, (, и координатами арочного каркаса.1, m, и.

Задавшись величинами ц- угла между осями шарниров, 8 — исходного угла между хордой полуарки и осью Х, d начального угла между осью данного шарнира и осью Х, Ы- текущего угла наклона оси шарнира к оси Х, подставляют их в систему (3), решив которую, получают координаты, характеризующие положение конструкции из перекрестных арок.

Существует свобода выбора параметров, 8, dо и о(для достижения требуемой геометрии арочного каркаса. Исследуют, какими критериями следует руководствоваться для использования тех или иных значений перечис-. ленных параметров, изменение которых . повлияет на величину тягового усилия на лебедке или полиспаста для подъема

I распорной системы из горизонтального положения в проектное. Оценивают величину этого усилия.

Силами трения, а также деформациями элементов можно пренебречь„так как оценка сил трения трудностей не представляет, а деформации элементов считают весьма малыми по сравнению с перемещением иэ исходного положения в проектное.

Изменение потенциальной энергии массы в центре покрытия составляет

PdZ, а работа,сил N, производящих .сближение концов полуарок, 2 NdX, где P — - величина вертикальной нагрузки, приходящейся на центральный узел конструкции. Приравняв оба выражения, 1 dZ получают N= — .P

2 dX

1534148

1 dZ

Q—

8 dY

Зь.

3 К 1(соз У-s1n a()+KgcosaLcos 9 (i+sin 0I) ЙЕ . Йп

Ы: йУ dm Bm

cosa(cosd сов (К, COS K2)+K sin о1 -cos Ч

2 2

3, (ъ " йБЪ=БР7, (6) Входящие в состав формулы

Н,, К, К, являются пр авыми системы (3), т.е. косинусами между вектором d и векторами и соответственно, (6), частями углов

«a„T и

dZ cos (g-sin d+tg8cosd cos

M О?

N —

f o 16f0

dZ

". с Ч йУ (9) L

f = — ——

o 2tg4

55 (10) 1

N -- — Q tg g.

Кроме того, условно можно считать„ что половина собственного веса конструкции при ее подъеме приходится на центральный узел. Это условие, точное для прямолинейных полуарок, в случае криволинейных арок носит приближенный характер, но с приближением в сторону увеличения горизонтального тягового усилия. 10

Пусть N тяговое усилие на одной из

1двух лебедок, стягиваюших концы полуарок, Q — вес конструкции. При сближении концов полуарок на величину

dY средняя часть кокс грукции поднимается на величину dZ,. Изменение потенциальной энергии массы в центре покрытия . составит — dZ а работа Q

К1 cos8cosaî 1 K2=sinecos />О Kç

sind cosp со98+31п1ь,созе(81п 8 (7) Как видно, иэ выражений (5) и (6), величина тягового усилия определяется параметрами ц, 8, o(, и d. Рациональный выбор этих параметров позвоС увеличением высоты и соответст«ующим уменьшением c(значение производной уменьшается и наибольшее эна" 45 чение имеет место при 7-0 и d d .

Подставив a(- =Ы в (8), получают

Таким образом, тяговое усилие, необходимое для подъема полуарок предлагаемым способом, определяется выражением

Тяговое усилие по известному способу определяется выражением сил, производящих сближение концов полуарок, 4 НЙУ. Приравняв оба выражения, получают

Таким образом, тяговое усилие прямо пропорционально производной подъема угла по одной из горизонтальных координат (в направлении действия силы).

dZ

Величину производной — можно поду лучить из системы (3), выразив значения п и m через параметры с, 8, d

d и выполнив дифференцирование по одному из параметров, например ляет, достигнув проектных координат, добиваться минимальной величины производной, а следовательно, и величины тягового усилия.

Если принять для простоты (, =90, то выражения (?) с учетом (4) принимают вид

К, =0; К =sin& sin< К созд а1п, Подставив эти значения в (6), получают где Ь вЂ” расстояние между свободными концами полуарок;

- начальный подъем конструко ции.

Приравняв (10) и (11), получают

Это означает, что для того, чтобы добиться той же величины тягового усилия, что и в предлагаемом способе, высота начального подъема среднего узла в известном способе монтажа должна быть равна пролету, поделенному

153414ь

10 на удвоенный тангенс угла между осями цилиндрических шарниров.

Анализ формулы (10) показывает, что тяговое усилие может быть достигнуто лишь при угле, большем 90 ..

При с 90 необходимо прикладывать сжимающие усилия, при ц =90 усилие становится бесконечно большим.

Величина угла у определяет высоту проектного подъема конструкции в соответствии с (3). Предварительные расчеты показывают, что наиболее пригодными для практики являются значения в пределах 1)0-140 . Нижняя граница угла с соответствует большой высоте проектного подъема и значительной величине производной, а следовательно, и тягового усилия. Углы взятые вблизи верхней границы, 20 приводят к относительно небольшой высоте проектного подъема и малой величине тягового усилия, При нижней границе ц>имеют отношение начальной высоты подъема к про- 25 лету согласно (12) и =0,182L, а при верхней границе Е 0,596L °

Таким образом, чтобы добиться тех же значений тяговых усилий, что и в 30 предлагаемом техническом решении, в известном надо предварительно поднимать средний узел на весьма значительную высоту, составляющую 0,36-1 2 длиПроектное положение у

Век- Х у

Век- Х тор тор

a cos o(0 sind

Ъ 0 cos I3 sinp

sin с(, cosa, 0

0 cosy, з п р

L Ь h ь +ь +Р L +b +ü L +b +h

cos0, sin6 0

Перед началом монтажа ны хорды полуарки. Например, при пролете 12 м и высоте 6 м длина хорды полуарки составляет 8,4 м. Высота начального подъема перед монтажом в известном способе составляет 3-10 м, в то время как в предлагаемом способе начального подъема не требуется.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Арочная конструкция, включающая полуарки, объединенные по концам двумя парами противолежащих цилиндрических шарниров, оси одной из которых расположены под углом к sepтикальной оси и лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости размещения осей другой пары, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения безопасности работы при подъеме конструкции в проектное положение, другая пара шарниров размещена вьг ше точки пересечения их осей.

2. Способ монтажа арочной конструкции, включающий приложение тяговых усилий, отличающийся тем, что,полуарки раскладывают на горизонтальном основании под, углом одна к другой с объединением их цилиндрическими шарнирами, а тяговые усилия прикладывают в направлении, параллельном плоскости расположения осей шарниров, размещенных ниже точки пересечения их осей.

1534148

1534148

1 34148

Составитель Г.Давлетова

Техред И.Ходаннч

Редактор И,Горная

Корректор С.Шекмар

Заказ 2б Тираж 582 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета о ета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

П роизводственно-издательский комбинаг "Патент" г атент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101