Комбинированная висячая конструкция
Владельцы патента RU 2344224:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) (RU)
Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении покрытий над зданиями различного назначения, а также в мостовых сооружениях. Технический результат - снижение материалоемкости, трудоемкости монтажа и демонтажа, а также стоимости конструкции. Висячая конструкция содержит балку жесткости, установленную на опоры, ванты-оттяжки, закрепленные своими верхними концами за опоры-пилоны, а нижними концами связанные с балкой жесткости с помощью узлов подвески. В узлах подвески использованы хомуты с блоками, являющиеся натяжными устройствами, поддерживающими балку жесткости в двух местах. Ванты-оттяжки пропущены под блоками хомутов и натянуты контролируемым усилием для создания необходимого предварительного напряжения и выгиба в балке жесткости. В верхней части хомута может быть установлен стальной башмак, снабженный блоком под ванты-оттяжки, а в нижней части опорная плита, стальной башмак и опорная плита соединены парой тяг, верхние концы которых снабжены установленными в основании башмака тарировочными пружинами и силоизмерителями. Ванты-оттяжки могут быть направлены к балке жесткости под одинаковыми углами и параллельны друг другу. Балка жесткости может быть снабжена вклеенными в нее штырями в местах опирания на хомуты. Все узлы конструкции могут быть выполнены сборно-разборными. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении покрытий над зданиями различного назначения, а также в мостовых сооружениях.
Известны системы с вантами-оттяжками, закрепленными за пилоны и направленными параллельно друг к другу или веерообразно к балке жесткости, к которой и присоединены своими нижними концами при помощи нагельных соединений (Julius Natterer, Tohmas Herzog, Michael Vol, "Holzbau", Atlas zwei, Munchen, Sonderausgabe der Arbeitsgemeinschaft Holz, Dusseldorf, 1991, s.73, s.185).
В качестве прототипа принята висячая комбинированная система с вантами-оттяжками, закрепленными за пилоны и направленными параллельно друг к другу или веерообразно к балке жесткости, к которой и присоединены своими нижними концами при помощи нагельных соединений (П.А.Дмитриев. Конструкции из дерева и пластмасс. Специальный курс. Автодорожные и пешеходные мосты. Оренбург, ИПК. «Газпромпечать», 2002, с.166, рис 9.3(г), прототип).
Недостатком известных систем и прототипа является следующее:
- повышенная деформативность конструкции при воздействии на нее односторонней временной нагрузки, определяющей появление в балке жесткости наибольших изгибающих моментов;
- невыгодная работа деревянной балки жесткости на растяжение с изгибом в средней по длине части при симметричных нагрузках;
- усложненная работа опорных частей балки жесткости на восприятие не только вертикальных, но и горизонтальных усилий, возникающих при односторонних загружениях конструкции;
- сложность и многодельность традиционных креплений вант-оттяжек к деревянной балке жесткости с помощью стальных цилиндрических нагелей;
- сложность создания преднапряжения балки жесткости за счет регулирования усилий в вантах-оттяжках с учетом ползучести древесины и податливости соединений особенно при большом количестве вант-оттяжек.
Задачей изобретения является снижение материалоемкости, трудоемкости монтажа и демонтажа, а также стоимости конструкции.
Для решения поставленной задачи в комбинированной висячей конструкции, содержащей балку жесткости, установленную на опоры, ванты-оттяжки, закрепленные своими верхними концами за опоры-пилоны, а нижними концами связанные с балкой жесткости с помощью узлов подвески, согласно изобретению в узлах подвески использованы хомуты с блоками, являющиеся натяжными устройствами, поддерживающими балку жесткости в двух местах, ванты-оттяжки пропущены под блоками хомутов и натянуты контролируемым усилием для создания необходимого предварительного напряжения и выгиба в балке жесткости.
Согласно изобретению в комбинированной висячей конструкции в верхней части хомута установлен стальной башмак, снабженный блоком под ванты-оттяжки, а в нижней части опорная плита, стальной башмак и опорная плита соединены парой тяг, верхние концы которых снабжены тарировочными пружинами и шкалами силоизмерителей.
Согласно изобретению в комбинированной висячей конструкции ванты-оттяжки направлены к балке жесткости под одинаковыми углами и параллельны друг другу.
Согласно изобретению в комбинированной висячей конструкции балка жесткости снабжена вклеенными в нее штырями в местах опирания на хомуты.
Согласно изобретению в комбинированной висячей конструкции все узлы конструкции выполнены сборно-разборными.
На фиг.1, фиг.2 показаны схемы заявляемой комбинированной висячей конструкции; на фиг.3 изображена конструкция узла подвески; на фиг.4 - то же, поперечный разрез.
Комбинированная висячая конструкция содержит балку жесткости 1, ванты-оттяжки 2 и хомуты 3. Ванты-оттяжки могут быть расположены по отношению к балке жесткости 1 под разными углами, как показано на фиг.1, или под одинаковыми углами ⊾β1=⊾β2 и параллельно друг другу, как показано на фиг.2. Хомут 3, изображенный на фиг.3, содержит в верхней части башмак 4 с установленным в нем блоком 5, а в нижней части опорную плиту 6, через отверстия, выполненные в основании 7 башмака 4 и опорной плиты 6, пропущены тяги 8. Нижние концы тяг 8 снабжены гайками 9, а верхние концы тарировочными пружинами 10, установленными на основании 7 башмака 4, содержащем силоизмерители 11. Под основанием башмака 4 установлены временные прокладки 12. В местах опирания балки жесткости 1 на хомуты 3 вклеены штыри 13.
Задача создания преднапряжения конструкции решается в следующем порядке:
- из расчета конструкции определяется необходимое усилие натяжения хомутов 3, этим же расчетом устанавливается минимальная толщина временных прокладок поз.12;
- после полной сборки конструкции и установки опираемых на нее элементов убирают упомянутые временные прокладки 12 и производят натяжение вант-оттяжек заданным усилием, обеспечивая необходимый выгиб балки жесткости;
- усилия натяжения контролируется по шкалам силоизмерителей 11 в процессе преднапряжения конструкции и впоследствии, в период ее эксплуатации.
В заявляемой конструкции устраняются недостатки, свойственные прототипу.
Во-первых, оказывается возможным использовать для вант-оттяжек тросы меньшего диаметра, так как усилие в ветвях вант уменьшается по сравнению с прототипом.
Во-вторых, балка жесткости избавляется от упомянутой работы на растяжение с изгибом, которая заменяется работой на внецентренное сжатие, что для деревянной балки жесткости оказывается более выгодным случаем. При этом усилие сжатия по абсолютной величине оказывается существенно меньше усилий растяжения, возникающих в конструкции прототипа.
В-третьих, в случаях, когда углы наклона вант-оттяжек к балке жесткости одинаковые ⊾β1=⊾β2, фиг.2, балка жесткости работает на поперечный изгиб и, следовательно, ее сечение можно уменьшить, при этом опорные части балки жесткости будут работать на восприятие только вертикальных реакций, что и определит их более простые конструкции, упрощается и конструкция узлов подвески.
В-четвертых, просто осуществляется преднапряжение конструкции с целью сблизить величины изгибающих моментов по абсолютным значениям в наиболее напряженных сечениях балки жесткости, при этом усилия преднапряжения поддерживаются тарированными пружинами, а их величина при эксплуатации контролируется силоизмерителями. Таким образом может быть достигнута оптимизация сечения балки жесткости и практически исключено влияние ползучести древесины и соединений на напряженно-деформированное состояние эксплуатируемой конструкции.
В-пятых, в предлагаемой конструкции узлов древесина избавлена от работы на смятие поперек волокон, так как в опираниях балок жесткости на хомуты опорные реакции воспринимаются вклеенными штырями 7. Это уменьшает до минимальной податливость узлов, которой уже можно пренебречь в расчетах конструкции на кратковременные и длительные нагрузки.
В-шестых, в узлах подвесок блоки выполняют роль стропальных устройств при установке конструкции в проектное положение.
1. Комбинированная висячая конструкция, содержащая балку жесткости, установленную на опоры, ванты-оттяжки, закрепленные своими верхними концами за опоры-пилоны, а нижними концами связанные с балкой жесткости с помощью узлов подвески, отличающаяся тем, что в узлах подвески использованы хомуты с блоками, являющиеся натяжными устройствами, поддерживающими балку жесткости в двух местах, ванты-оттяжки пропущены под блоками хомутов и натянуты контролируемым усилием для создания необходимого предварительного напряжения и выгиба в балке жесткости.
2. Комбинированная висячая конструкция по п.1, отличающаяся тем, что в верхней части хомута установлен стальной башмак, снабженный блоком под ванты-оттяжки, а в нижней части - опорная плита, стальной башмак и опорная плита соединены парой тяг, верхние концы которых снабжены установленными в основании башмака тарировочными пружинами и силоизмерителями.
3. Комбинированная висячая конструкция по п.1, отличающаяся тем, что ванты-оттяжки могут быть направлены к балке жесткости под одинаковыми углами и параллельны друг другу.
4. Комбинированная висячая конструкция по п.1, отличающаяся тем, что балка жесткости снабжена вклеенными в нее штырями в местах опирания на хомуты.
5. Комбинированная висячая конструкция по любому из пп.1и2, отличающаяся тем, что все узлы конструкции выполнены сборно-разборными.
