Виды однопрядевых спиральных канатов

Конструктивные решения прядей с линейным касанием

1. Прядь Филлера. Двурядная 1+6+(6)+12 с проволоками меньшего диаметра.

2. Прядь Сил. 1+(9)+9 с проволоками прокладками и 9 внешними проволоками.

3. Прядь Варрингтон. 1+6+12 с малыми проволоками во внешнем ряду.

Наиболее распространные в строительстве являются спиральные круглые многопрядовые канаты, кабели, пучки параллельные из проволок Ф5-7 мм.

Виды однопрядевых спиральных канатов

1. Открытый профиль. 2. Полузакрытый профиль, 3. закрытый профиль.

Применяется как правая (Z), так и левая свивка (S) а также одинаковая и крестовая свивка.

Применяются пучки из прядей К7 скрычены они по винтовой линии, отношение шага свивки к диаметру к=25.

Арка. Дальнейшим развитием является восприятие нагрузки преимущественно через сжатие (арка), при этом растяжение выражается распором, который должен быть погашен либо затяжкой, либо опорами. Вторым развитием является восприятие преимущественно за счет растяжения. Так образуется вантовая конструкция. В этом случае восприятие сжатия производится либо за счет жесткого опорного контура, либо за счет балки жесткости, работающей на сжатие.

Жесткие ванты. Первыми висячими однопоясными системами были висячие покрытия с жесткими вантами. В них роль вант выполняли двутавры или др. жесткие профиля большой гибкости, при которой фасонный профиль начинает работать как нить. Преимуществом является то, что на локальные нагрузки такое сечение по-прежнему работает как балка, а в целом – как жесткая нить.

Вантовые системы. Висячая система использует гибкие ванты. Гибкие ванты представляют собой сплетенные из отдельных прядей тросы типа ЛК, ТК, подвергнутые нагартовке – вытягиванию для выборки пластических деформаций и повышению их предела прочности, однако модуль упругости снижается на 40% по сравнению с обычной сталью. Прочность повышается от 6 до 8 раз (1370, 1700 Мпа).

Вантовые системы делятся на однопоясные (висячие) и двухпоясные.

Однопоясные системы. За счет использования гибких вант конструкция совершеннее и по материалу и по геометрии, т.к. висячая нить сама приспосабливается к нагрузке и принимает естественную форму цепной линии, в которой под заданной нагрузкой не возникает изгиба а только чистое растяжение.

Перевернутая цепная линия образует идеальную арку которая под той же постоянной нагрузкой будет подвержена чистому сжатию без изгиба, а значит будет легче.

Однако висячие систему имеют и недостатки:

- необходимость жесткого опорного контура.

- Геометрическая изменяемость от сосредоточенных или кососимметричных нагрузок

- Неустойчивость при динамических ветровых нагрузках вследствие малого веса.

Однопоясные висячие системы активно использовались в 40-х – 60-х годах в покрытия большепролетных сооружений с применением предварительно напряженных настилов и в вантовых мостах с применением стабилизации подвесками и балками жесткости дорожного полотна. Высокая ветровая неустойчивость таких систем показала авария Такомского моста в США в 1940 г. В дальнейшем развитие вантовых мостов пошло по пути применения косых тросов как более жестких систем, не склонных к раскачиванию тросов и балок жесткости, т.к. троса в отм случае более равномерно и поддерживают и стабилизируют балку по ее длине.

Ответом на указанные недостатки является применение двухпоясных вантовых ферм.

Двухпоясные системы с затяжкой. Простейшей вантовой фермой является ферма с нижним вантовым поясом по форме эпюры изгибающих моментов и горизонтальным верхним поясом. Однако пути эффективности пролетных конструкций заложены в стремлении применить как можно больше растянутых элементов в системе, т.к. сжатый элемент работает на устойчивость а растянутый – на прочность, что приводит к двойной экономии материала по площади, а с учетов высокой прочности тросов – к 5-10- кратной экономии массы конструкции.

Следующий шаг эффективности заложен в применении вантовых нисходящих раскосов. Для двусторонней жесткости и учета ветровой нагрузки раскосы выполняют крестовыми вантовыми предварительно напряженными.

Двухпоясные вантовые системы. Следующих шаг заложен в попытке выполнить и верхний пояс фермы не из жесткого профиля а из троса, что противоречит смыслу равновесия растяжения и сжатия в ферме.

Однако это возможно при условии фундаментального нововведения в конструкцию – предварительного напряжения.

Предварительное напряжение - это искусственное создание в системе до нагружения усилий, обратных тем, которые возникнут от эксплуатационных нагрузок. При этом предварительное напряжение не в коем случае не повышает прочность конструкции, что часто является величайшим заблуждением, а лишь гарантирует геометрическую неизменяемость и повышает ее жесткость. Применяют 3 типа предварительного напряжения:

- предварительное напряжение

- предварительное деформирование

- нагревание элементов при монтаже

Предварительному напряжению подвергаются нижние вантовые пояса ферм (укорочение) с целью обратного выгиба верхнего пояса и снижения итоговых прогибов. Также возможно предварительное удлинение стоек фермы, которые также выталкивают верхний пояс. Предварительное деформирование – это прогиб верхнего пояса шпренгельной балки или фермы до монтажа.

Нагревание элементов заключается в намеренном выполнении затяжки короче на заданную величину, ее нагревание и удлинение перед монтажом, монтаж, остывание в конструкции и ее стягивание таким образом для создания предварительного напряжения.

Фермы с 2-мя вантовыми поясами существуют при условии

- Наличия жесткого опорного контура

- Наличия различного предварительного напряжения в поясах из условия сохранения растяжения во всех элементах при любых комбинациях нагрузок

Фермы с 2-мя вантовыми поясами существуют 3-х типов

1. Несущий трос ниже стабилизирующего. При этом стойки полностью сжаты и выполняют функцию дистанцирующих элементов, которые сохраняют геометрию фермы наряду с ее жесткими опорами.

2. Несущий трос частично выше, частично ниже стабилизирующего. Стойки сжаты там, где несущий трос ниже и растянуты там, где несущий трос выше стабилизирующего.

3. Несущий трос выше стабилизирующего. Все элементы растянуты – это самая легкая конструкция, однако платой за это являются самые большие опорные усилия.

Предварительное напряжение в тросах назначается из условия, что при любой комбинации усилий в конструкции остается растяжение, равное 25% от несущее способности троса.

Следующими развитием является использование висячих элементов в двух направлениях.

Висячие оболочки на круглом и прямоугольном планах. В таком случае конструкция в виде вантовой сети из пересекающихся гибких вант получает естественную стрелу прогиба и гасит распор за счет жесткого опорного контура или кольца.

Двухпоясные системы в 3-х вариантах положения несущего и стабилизирующего тросов также будуче ориентированы радиально передают распор не верхнее и нижнее опорные кольца, которые либо растянуты либо сжаты.

Для большепролетных спортивных сооружений применялись покрытия по вантовым сетям с 1, 2, 3 опорными арками.

Для покрытий атриумов общественных зданий применяются системы перекрестных ферм на прямоугольном плане. Распор передается на жесткую горизонтальную ферму по периметру либо железобетонный диск покрытия.

Для покрытий стадионов используются циркульные мачтовые системы с косыми подвесами на круглом и овальном планах. В таких системах жесткий балочный диск оболочки покрытия произвольной конфигурации над трибунами, замкнутый по кругу подвешен на косых вантах к мачтам или пилонам, протыкающим этот диск. Круговой распор в такой системе гасится либо на массивные трибуны, либо на анкера фундамента. В этом по гашению распора вантовые системы подразделяются на внутреннее и внешнее.

Развитием мачтового принципа является применение вантовых сетей на произвольном плане с опиранием на мачты и стабилизацией обрамляющими вантами и центральными оттяжками, которые играют роль стабилизирующих тросов и создают в системе предварительное напряжение. Такая система применена для покрытия стадиона в Мюнхене.