ОБОЛОЧКА КОНСТРУКЦИОННОГО КАНАТА ДЛЯ СООРУЖЕНИЯ, СПОСОБЫ УСТАНОВКИ И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
SHELL OF A STRUCTURAL ROPE FOR A BUILDING, METHODS FOR INSTALLATION AND TECHNICAL MAINTENANCE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к конструкционным канатам, используемым в строительной промышленности. Оно применимо, в частности, для вант, используемых для поддержания, увеличения жесткости или стабилизации строительных конструкций.
Уровень техники
Ванты широко используются для поддержки подвесных конструкций, таких как мостовые настилы или крыши. Их также можно использовать для стабилизации возводимых конструкций, таких как башни или мачты.
Типичная структура ванты включает в себя пучок элементов напрягаемой арматуры, например, из проволоки или прядей, размещенный в объединенной пластиковой оболочке. Оболочка защищает металлические элементы напрягаемой арматуры пучка и обеспечивает аккуратный внешний вид ванты.
В определенных случаях оболочка имеет форму непрерывной цельной трубы, которая проходит от нижней точки крепления до верхней точки крепления ванты. Элементы напрягаемой арматуры продеваются, обычно один за другим или небольшими группами, в оболочку перед закреплением их на обоих концах. Примеры, иллюстрирующие такую технологию, описаны в патентах США №№ 5,461,743 и 7,779,499.
В других случаях оболочка состоит из сегментов, следующих друг за другом вдоль каната. Каждый сегмент может быть изготовлен из нескольких секторов, собранных вокруг пучка элементов напрягаемой арматуры.
В патенте США № 5479671 раскрыта технология последнего типа. В нем описана оболочка, изготовленная из сегментов, поддерживаемых тросом, проходящим параллельно несущим элементам напрягаемой арматуры ванты. Сегменты оболочки поддерживаются независимо друг от друга тросом, то есть ни один сегмент не несет веса сегмента(ов), расположенного(ых) над ним. Такая независимость между сегментами оболочки необходима вследствие большой разницы между коэффициентами теплового расширения материалов, из которых изготовлены элементы напрягаемой арматуры и оболочка. Присоединив каждый сегмент оболочки к точке поддерживающего троса (и, таким образом, к элементам напрягаемой арматуры, поскольку коэффициенты термического расширения поддерживающих тросов и элементов напрягаемой арматуры схожи), удлинения вследствие температурного колебания между сегментами сохраняются однородными. Это приводит к снижению износа при трении и к снижению риска воздействия на элементы напрягаемой арматуры. Сегменты оболочки устанавливаются после закрепления несущих элементов напрягаемой арматуры. Сегменты оболочки состоят из нескольких секторов, которые располагаются вокруг пучка элементов напрягаемой арматуры в нижней части ванты и собираются вдоль продольных стыков. После того, как сегмент будет собран, он прикрепляется к поддерживающему тросу при помощи крепежных деталей, приводимых в действие с внешней стороны оболочки, и поддерживающий трос вытягивается вверх, чтобы освободить пространство для установки следующего сегмента оболочки. После того, как все сегменты установлены, поддерживающий трос закрепляется рядом с верхней точкой крепления каната.
В некоторых сооружениях используются очень длинные и/или очень наклонные (например, близко к вертикальным) конструкционные канаты, что приводит к ряду проблем:
- сплошные оболочки не могут выдерживать собственный вес;
- относительные удлинения вследствие разницы в коэффициентах теплового расширения могут вызывать чрезмерное смещение в верхней части оболочки;
- площадь, необходимая для предварительного монтажа или сборки оболочки, может стать слишком большой;
- обращение с оболочкой становится сложным и рискованным, особенно когда она поднимается в условиях ветреной погоды.
Хотя некоторые из этих проблем решены с помощью технологии, раскрытой в патенте США № 5479671, ситуация может быть улучшена. Кроме того, технология имеет ограничения, поскольку ее нельзя использовать, если элементы напрягаемой арматуры не установлены перед установкой оболочки. Кроме того, невыгодно, чтобы крепежные элементы оставались видимыми снаружи оболочки и могли вызывать протечку воды в оболочку.
Задачей настоящего изобретения является предложение конструкции оболочки другого типа для конструкционных канатов.
Еще одна задача состоит в том, чтобы предложить конструкцию оболочки, которая хорошо подходит для очень длинных конструкционных канатов и/или очень наклонных конструкционных канатов (например, близких к вертикальным).
Еще одна задача состоит в том, чтобы предложить способ установки длинного и/или очень наклонного конструкционного каната.
Еще одна задача заключается в том, чтобы при необходимости элементы, поддерживающие оболочку, можно было сделать сменными в течение срока службы сооружения.
Раскрытие сущности изобретения
Часть или все вышеупомянутые задачи решены путем обеспечения оболочки конструкционного каната для сооружения, причем конструкционный канат имеет путь между верхней точкой крепления и нижней точкой крепления. Оболочка содержит:
сегменты оболочки, собранные вдоль пути конструкционного каната;
по меньшей мере один поддерживающий трос, проходящий вдоль сегментов оболочки и имеющий верхний конец, соединенный с сооружением вблизи верхней точки крепления, и
соединительные элементы для соединения сегментов оболочки с по меньшей мере одним поддерживающим тросом.
Соединительные элементы выполнены с возможностью блокировки перемещения вверх по меньшей мере одного поддерживающего троса относительно сегментов оболочки и обеспечения перемещения вниз по меньшей мере одного поддерживающего троса относительно сегментов оболочки.
Может быть вызвано перемещение сегментов оболочки вверх вдоль поддерживающего троса, особенно когда оболочка находится в процессе установки, при поддержании сегментов оболочки в их заданных положениях с помощью соединительных элементов во время использования. Поддерживающий(ие) трос(ы) и соединительные элементы могут использоваться для подъема сегментов оболочки или для обеспечения опор для удержания их в отдельных местах, когда они поднимаются с помощью каких-либо других средств. Если для технического обслуживания необходимо заменить поддерживающий трос, его можно стянуть вниз, в то же время подавая новый поддерживающий трос, соединенный с его верхним концом.
По меньшей мере один поддерживающий трос и соединительные элементы могут быть полностью расположены внутри сегментов оболочки.
В варианте осуществления изобретения сегменты оболочки соединены с по меньшей мере одним поддерживающим тросом посредством соединительных элементов независимо друг от друга. Соответственно, сегмент оболочки не должен нести вес других сегментов оболочки, расположенных над ним.
Способ соединения первого и второго сегментов оболочки независимо друг от друга состоит в обеспечении телескопического соединения между первым сегментом оболочки и вторым сегментом оболочки, установленным рядом с первым сегментом оболочки вдоль пути конструкционного каната. Телескопическое соединение содержит первую втулочную часть, принадлежащую первому сегменту оболочки, и вторую втулочную часть, принадлежащий второму сегменту оболочки и вставленную в первую втулочную часть. По меньшей мере один из соединительных элементов может иметь часть соединительного элемента, прикрепленную к первому сегменту оболочки на внутренней поверхности первой втулочной части, чтобы принимать соответствующий поддерживающий трос.
В частности, множество соединительных элементов могут иметь соответствующие части соединительного элемента, установленные на кольце, закрепленном внутри первой втулочной части, чтобы принимать соответствующий поддерживающий трос, проходящий через первый и второй сегменты оболочки.
Чтобы обеспечить гладкий внешний вид оболочки, первая втулочная часть может иметь такое же внешнее поперечное сечение, что и основные части первого и второго сегментов оболочки.
В одном варианте осуществления изобретения каждый из сегментов оболочки имеет трубу, в которой сформирован по меньшей мере один продольный канал для вмещения по меньшей мере одного поддерживающего троса, при этом канал отделен стенкой от основного пространства трубы, предназначенного для вмещения несущих элементов напрягаемой арматуры конструкционного каната.
Если по меньшей мере один поддерживающий трос, размещенный в канале, имеет части соединительных элементов, закрепленные на нем в отдельных местах, то канал обычно выполнен так, что имеет поперечное сечение, достаточное для обеспечения возможности продольного перемещения частей соединительного элемента, прикрепленных к размещенному в нем поддерживающему тросу.
Если между первым сегментом оболочки и вторым сегментом оболочки, установленным рядом с первым сегментом оболочки вдоль пути конструкционного каната, предусмотрено телескопическое соединение, телескопическое соединение содержит первую втулочную часть, принадлежащую первому сегменту оболочки как продолжение трубы первого сегмента оболочки, и вторую втулочную часть, принадлежащую второму сегменту оболочки как продолжение трубы второго сегмента оболочки и вставленную в первую втулочную часть, при этом канал, образованный в трубе второго сегмента оболочки, может проходить во второй втулочной части и выровнен с каналом, образованным в трубе первого сегмента оболочки.
В одном варианте выполнения оболочки каждый из соединительных элементов имеет первую часть соединительного элемента, прикрепленную к поддерживающему тросу, вторую часть соединительного элемента, прикрепленную к сегменту оболочки, и третью часть соединительного элемента, выполненную с возможностью блокировки перемещения вверх первой части соединительного элемента относительно второй части соединительного элемента и обеспечения перемещения вниз первой части соединительного элемента относительно второй части соединительного элемента.
Другим объектом изобретения является конструкционный канат для сооружения, содержащий:
верхнюю точку крепления;
нижнюю точку крепления;
несущие элементы напрягаемой арматуры, проходящие вдоль пути конструкционного каната между верхней и нижней точками крепления; и
описанную выше оболочку, в которой размещены несущие элементы напрягаемой арматуры.
Еще одним объектом настоящего изобретения является способ установки оболочки конструкционного каната для сооружения, при этом конструкционный канат имеет путь между верхней точкой крепления и нижней точкой крепления, причем оболочка имеет N сегментов оболочки (N ≥ 2). Способ установки оболочки включает:
монтаж по меньшей мере одного поддерживающего троса с верхним концом, прилегающим к верхней точке крепления; и
для каждого целого числа n, такого как 1 ≤ n ≤ N:
- вставление по меньшей мере одного поддерживающего троса в n-й сегмент оболочки;
- соединение n-го первого сегмента оболочки с поддерживающим тросом ; и
- подъем с первого по n-й сегментов оболочки вдоль по меньшей мере одного поддерживающего троса.
Предусматриваются соединительные элементы для блокировки перемещения вверх по меньшей мере одного поддерживающего троса относительно сегментов оболочки и для обеспечения перемещения вниз по меньшей мере одного поддерживающего троса относительно сегментов оболочки.
В одном варианте осуществления способа каждый поддерживающий трос имеет первые части соединительного элемента, закрепленные на нем в отдельных местах, причем каждый сегмент оболочки имеет по меньшей мере одну вторую часть соединительного элемента, прикрепленную к нему. Каждый из соединительных элементов формируют путем объединения первой части соединительного элемента, прикрепленной к поддерживающему тросу, второй части соединительного элемента, прикрепленной к сегменту оболочки, и третьей части соединительного элемента, выполненной с возможностью блокировки перемещения вверх первой части соединительного элемента относительно второй части соединительного элемента и обеспечения перемещения вниз первой части соединительного элемента относительно второй части соединительного элемента.
Соединение n-го первого сегмента оболочки с поддерживающим тросом для целого числа n, такого как 1 ≤ n ≤ N, может включать формирование по меньшей мере одного соединительного элемента путем объединения первой части соединительного элемента, закрепленной на самом нижнем отдельном месте соответствующего поддерживающего троса, второй части соединительного элемента, прикрепленной к n-му сегменту оболочки, и третьей части соединительного элемента.
Подъем сегментов оболочки для целого числа n, такого как 1 < n ≤ N, может включать формирование по меньшей мере n - 1 соединительных элементов путем объединения для каждого целого числа j, такого как 1 < j < n, первой части соединительного элемента, прикрепленной к поддерживающему тросу в (n - j + 1)-м отдельном месте, начиная с самого нижнего отдельного места, второй части соединительного элемента, прикрепленной к j-му сегменту оболочки, и третьей части соединительного элемента.
В одном варианте осуществления изобретения способ включает для целого числа n, такого как 1 < n ≤ N:
опускание поддерживающего троса, предотвращая при этом перемещение вниз по меньшей мере (n - 1)-го сегмента оболочки;
вставление по меньшей мере одного поддерживающего троса в n-й сегмент оболочки;
формирование n-го соединительного элемента путем объединения первой части соединительного элемента, прикрепленной в нижнем отдельном месте поддерживающего троса, второй части соединительного элемента, прикрепленной к n-му сегменту оболочки, и третьей части соединительного элемента; и
подтягивание поддерживающего троса вверх, образуя по меньшей мере n - 1 соединительных элементов.
Поддерживающие тросы, соответствующие верхние концы которых прилегают к верхним точкам крепления, могут содержать:
- активный трос, который опускают и подтягивают вверх; и
- статический трос, который используют для предотвращения перемещения сегментов оболочки вниз, когда активный трос опускают и подтягивают вверх.
В таком варианте осуществления изобретения сегменты оболочки имеют вторые части соединительного элемента, выполненные с возможностью образования соединительных элементов с первыми частями, прикрепленными к активному тросу, и дополнительные вторые части соединительного элемента, выполненные с возможностью образования соединительных элементов с первыми частями соединительного элемента, закрепленными на статическом тросе.
Сборка сегментов оболочки перед установкой несущих элементов напрягаемой арматуры позволяет использовать сегменты оболочки, имеющие интегральное поперечное сечение. Тогда может быть целесообразным удерживать (n - 1)-й сегмент оболочки, чтобы ограничивать его боковые перемещения, при этом вставляя по меньшей мере один поддерживающий трос в n-й сегмент оболочки и формируя n-й соединитель, для каждого целого числа n, такого как 1 < n ≤ N. Кроме того, может быть целесообразно натянуть по меньшей мере один поддерживающий трос, чтобы ограничивать боковые перемещения с первого по n-ый сегментов оболочки при подъеме.
Другим объектом настоящего изобретения является способ технического обслуживания конструкционного каната для сооружения, при этом конструкционный канат содержит:
верхнюю точку крепления;
нижнюю точку крепления;
несущие элементы напрягаемой арматуры, проходящие вдоль пути конструкционного каната между верхней и нижней точками крепления; и
оболочку, в которой размещены несущие элементы напрягаемой арматуры.
В способе технического обслуживания оболочка содержит:
- сегменты оболочки, собранные вокруг несущих элементов напрягаемой арматуры вдоль пути конструкционного каната;
- по меньшей мере два поддерживающих троса, которые проходят вдоль сегментов оболочки и каждый из которых имеет верхний конец, соединенный с сооружением рядом с верхней точкой крепления; и
- соединительные элементы для соединения сегментов оболочки с по меньшей мере одним поддерживающим тросом.
Соединительные элементы выполнены с возможностью блокировки перемещения вверх по меньшей мере одного поддерживающего троса относительно сегментов оболочки и обеспечения перемещения вниз по меньшей мере одного поддерживающего троса относительно сегментов оболочки.
Способ технического обслуживания включает замену первого одного из поддерживающих тросов на второй поддерживающий трос при поддержании собранных сегментов оболочки по меньшей мере еще одним из поддерживающих тросов. Замена первого поддерживающего троса вторым поддерживающим тросом включает:
- отсоединение верхнего конца первого поддерживающего троса;
- присоединение нижнего конца второго поддерживающего троса к верхнему концу первого поддерживающего троса;
- подтягивание нижнего конца первого поддерживающего троса, чтобы удалить первый поддерживающий трос при установке второго поддерживающего троса; и
- присоединение верхнего конца второго поддерживающего троса рядом с верхней точкой крепления.
В варианте осуществления способа технического обслуживания каждый из первого и второго поддерживающих тросов имеет прикрепленные к нему в отдельных местах первые части соединительного элемента, причем каждый сегмент оболочки имеет вторые части соединительного элемента, прикрепленные к нему. Перед заменой первого поддерживающего троса вторым поддерживающим тросом формируют соединительные элементы путем объединения первой части соединительного элемента, прикрепленной к первому поддерживающему тросу, второй части соединительного элемента, прикрепленной к сегменту оболочки, и третьей части соединительного элемента, выполненной с возможностью блокировки перемещения вверх первой части соединительного элемента относительно второй части соединительного элемента и обеспечения перемещения вниз первой части соединительного элемента относительно второй части соединительного элемента. После замены первого поддерживающего троса вторым поддерживающим тросом формируют новые соединительные элементы путем объединения первой части соединительного элемента, прикрепленной ко второму поддерживающему тросу, второй части соединительного элемента, прикрепленной к сегменту оболочки, и третьей части соединительного элемента, выполненной с возможностью блокировки перемещения вверх первой части соединительного элемента относительно второй части соединительного элемента и обеспечения перемещения вниз первой части соединительного элемента относительно второй части соединительного элемента. Первые части соединительного элемента, прикрепленные к первому и второму поддерживающим тросам, перемещают через вторую часть соединительного элемента, прикрепленную к сегментам оболочки, когда нижний конец первого поддерживающего троса тянут вниз для замены первого поддерживающего троса вторым поддерживающим тросом.
Краткое описание чертежей
Другие признаки и преимущества изобретения, раскрытого в данном документе, станут очевидными из последующего описания неограничивающих вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 и 2 показаны схематические виды сбоку ванты;
на фиг. 3 - схематический вид в разрезе возможной конструкции соединительных элементов между сегментами оболочки и поддерживающими тросами;
на фиг. 4 и 5 - схематичные виды в разрезе частных вариантов выполнения соединительных элементов, используемых в некоторых компоновках оболочки;
на фиг. 6 и 7 - схематические виды в перспективе, показывающие взаимодействующие части таких соединительных элементов;
на фиг. 8 - вид в перспективе собранных сегментов оболочки в варианте осуществления изобретения;
на фиг. 9 и 10 - поперечные разрезы сегмента оболочки вдоль плоскостей IX-IX и X-X, обозначенных на фиг. 8;
на фиг. 11 и 12 - виды в перспективе, показывающие часть фиг. 8 более подробно;
на фиг. 13-17 - схемы, иллюстрирующие различные этапы способа установки оболочки каната в варианте осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 18 - этапы установки в одной схеме.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показана ванта 10, которая представляет собой конструкционный канат, проходящий между двумя частями 11, 12 сооружения. Первая часть 11 расположена выше, чем вторая часть 12. Например, первая часть 11 принадлежит башне, а вторая часть 12 - фундаменту для стабилизации башни. Альтернативно первая часть 11 может принадлежать пилону, тогда как вторая часть 12 принадлежит некоторой конструкции, подвешенной к пилону 11.
Сооружение обычно включает в себя несколько вант 10, только одна из которых показана на фиг. 1.
Конструкционный канат 10 имеет несущую часть 15, которая состоит из пучка элементов напрягаемой арматуры, расположенных параллельно друг другу. Например, несущие элементы напрягаемой арматуры могут быть прядями того же типа, которые используются для предварительного напряжения бетонных конструкций. Каждая прядь может быть при желании защищена таким веществом, как смазка или воск, и заключена в соответствующую отдельную пластиковую оболочку (не показана).
Каждая ванта 10 может иметь длину до нескольких сотен метров и включать в себя несколько десятков элементов напрягаемой арматуры.
Несущие элементы напрягаемой арматуры закреплены на обоих концах пучка 15 с помощью верхнего устройства 16 крепления, установленного на первой части 11 сооружения, и нижнего устройства 17 крепления, установленного на второй части 12 сооружения. Между двумя устройствами 16, 17 крепления пучок 15 элементов напрягаемой арматуры следует по цепной линии вследствие собственного веса и растягивающей силы, поддерживаемой устройствами крепления. Устройства 16, 17 крепления расположены на первой и второй частях 11, 12 с учетом предварительно рассчитанной цепной линии каждой ванты 10, которая определяет ее путь.
Пучок 15 элементов напрягаемой арматуры заключен в защитную оболочку 20, обычно изготовленную из пластика или металлического материала.
Для того чтобы обеспечить хорошие динамические свойства ванты 10, может быть полезным придать оболочке 20 симметричный профиль, как правило, с круглым поперечным сечением. Оболочка 20 также может иметь определенную структуру поверхности, известную в данной области техники, например двойные спиральные ребра, позволяющие улучшить ее работу при совместном воздействии дождя и ветра.
Оболочка 20 выполнена из множества сегментов 21, установленных вдоль пути конструкционного каната 10. Длина каждого сегмента 21 оболочки выбирается в зависимости от конструкции ванты. Для создания различных вант 10 сооружений можно использовать сегменты 21, имеющие номинальную длину L, например, порядка 10-100 м и более. Один из сегментов может быть затем обрезан в зависимости от длины конкретной ванты. Альтернативно длина L различных сегментов данной ванты может быть выбрана в соответствии с общей длиной ванты.
В примере, показанном на фиг. 1, нижний конец оболочки 20 примыкает к верхнему концу направляющей трубки 25, через которую проходит пучок 15 элементов напрягаемой арматуры вблизи нижнего устройства 17 крепления. Верхний конец оболочки 20 заходит внутрь другой трубы 26, которая расположена на первой части 11 сооружения и через которую проходит верхний конец пучка 15 элементов напрягаемой арматуры для достижения верхнего устройства 16 крепления. Второй конец первой оболочки 20 не соединен с трубой 26, в результате чего труба может скользить в оболочке, когда элементы 15 напрягаемой арматуры и сегмент 21 верхней оболочки подвергаются разному расширению или сжатию вследствие разных коэффициентов теплового расширения их материалов. Устройство предотвращает протекание стекающей воды внутрь сегмента 21 верхней оболочки.
Вес пластмассовой оболочки 20 воспринимается одним или более из поддерживающих тросов 30, которые показаны на схеме, изображенной фиг. 2, где поперечные размеры ванты 10 являются преувеличенными, чтобы яснее показать, как подвешиваются сегменты 21 оболочки (показаны пунктирными линиями).
Каждый поддерживающий трос может быть изготовлен из нержавеющей стали. Он проходит вдоль ряда сегментов 21 оболочки и имеет верхний конец, соединенный с сооружением в верхней точке 16 крепления, где закреплены несущие элементы 15 напрягаемой арматуры, или около нее.
В приведенной здесь в качестве примера конфигурации поддерживающие тросы 30 проходят внутри сегментов 21 оболочки, а также внутри соединительных элементов 32, схематично показанных на фиг. 2.
Каждый соединительный элемент 32 образует соединительное средство между соответствующим тросом 30 и соответствующим сегментом 21 оболочки. Он выполнен с возможностью блокировки перемещения троса 30 вверх относительно сегмента 21 оболочки и обеспечения относительного перемещения троса 30 вниз относительно сегмента 21 оболочки. Соединительный элемент 32 также может быть выполнен из нержавеющей стали.
Сегменты 21 оболочки соединены с поддерживающим тросом 30 независимо друг от друга с помощью соединительных элементов 32. Например, каждый сегмент длиной 100 м может испытывать усилие сжатия менее 2,0 МПа.
В примере, показанном на фиг. 3, каждый соединительный элемент 32 имеет первую часть 32А, прикрепленную к поддерживающему тросу 30, и вторую часть 32B, прикрепленную к сегменту 21 оболочки.
Когда оболочка 20 собрана, вторая часть 32B соединительного элемента упирается в первую часть 32A соединительного элемента, в результате чего сегмент 21 оболочки, к которому прикреплена вторая часть 32B соединительного элемента, поддерживается тросом 30, как показано на левой стороне фиг. 3.
Однако, как показано на правой стороне фиг. 3 (стрелка F), вторая часть 32B соединительного элемента не предотвращает перемещение вниз первой части 32А соединительного элемента, прикрепленной к поддерживающему тросу 30. Первая часть 32A соединительного элемента также может перемещаться вниз через вторую часть 32B соединительного элемента.
На фиг. 4 и 5 показаны возможные конструкции соединительных элементов 32, которые обеспечивают такую механическое работу. В этих примерах первая часть 32А соединительного элемента представляет собой металлическую втулку, которая прикреплена к поддерживающему тросу 30, например, путем обжима, в то время как вторая часть 32В соединительного элемента, прикрепленная к сегменту 21 оболочки, имеет сквозное отверстие 33, через которое проходит поддерживающий трос 30. Поперечное сечение сквозного отверстия 33 является достаточно большим, чтобы поддерживающий трос 30 и первая часть 32А соединительного элемента проходили через него. Чтобы блокировать перемещение троса 30 вверх относительно сегмента 21 оболочки, соединительный элемент 32 включает в себя третью часть 32C соединительного элемента, которая установлена на одной из первой и второй частей 32A, 32B для взаимодействия с другой из первой и второй частей 32А, 32В.
Возможны различные конструкции третьих частей 32C соединительного элемента. В примере, показанном на фиг. 4, третья часть 32C соединительного элемента включает в себя пару упорных элементов 34, шарнирно установленных вблизи верхнего участка второй части 32В соединительного элемента и прижатых к поддерживающему тросу 30 при помощи пружин 35 на нижнем участке второй части 32В соединительного элемента. Когда поддерживающий трос 30 перемещается вниз относительно сегмента 21 оболочки (или сегмент 21 перемещается вверх относительно троса 30) и первая часть 32А соединительного элемента достигает второй части 32В соединительного элемента, первая часть 32А соединительного элемента толкает упорные элементы 34 наружу против действия пружин 35, в результате чего он может перемещаться дальше вниз, как показано стрелкой F. С другой стороны, когда первая часть 32А соединительного элемента оказывается с нижней стороны второй части 32В соединительного элемента, торцевые поверхности упорных элементов 34 обеспечивают опорную поверхность, блокирующую поддерживающий трос 30, который, таким образом, не может перемещаться дальше вверх (стрелка F' на фиг. 7).
На фиг. 5 показана альтернативная конструкция соединительного элемента 32, в котором упорные элементы 34, образующие третью часть 32C соединительного элемента, шарнирно установлены на первой части 32А соединительного элемента, прикрепленной к поддерживающему тросу 30. Одна или несколько пружин 35 толкают верхние концы упорных элементов 34 наружу. Когда поддерживающий трос 30 перемещается вниз относительно сегмента 21 оболочки и первая часть 32А соединительного элемента достигает второй части 32В соединительного элемента, вторая часть 32В соединительного элемента толкает упорные элементы 34 внутрь к пружинам 35, в результате чего первая часть 32А соединительного элемента может перемещаться дальше вниз, как показано стрелкой F. С другой стороны, когда первая часть 32А соединительного элемента оказывается с нижней стороны второй части 32В соединительного элемента, торцевые поверхности упорных элементов 34 расходятся и обеспечивают упор, блокирующий поддерживающий трос 30, который, таким образом, не может перемещаться дальше вверх.
На фиг. 6 и 7 изображены части соединительного элемента для конструкции, схематично показанной на фиг. 4. Обжимная первая часть 32А соединительного элемента может иметь скошенную нижнюю поверхность 36 для облегчения ее проникновения в сквозное отверстие 33, когда поддерживающий трос 30 перемещается вниз и достигает второй части 32B соединительного элемента, и прямую верхнюю поверхность 37 для упора в упорные элементы 34, образующие третью часть 32C соединительного элемента.
Следует принимать во внимание, что могут быть рассмотрены многие другие конфигурации соединительных элементов, обеспечивающие требуемую функциональность. В некоторых частных вариантах осуществления изобретения соединитель 32 может не иметь какой-либо части, прикрепленной к поддерживающему тросу 30. Например, блокировка перемещения поддерживающего троса 30 вверх относительно сегмента 21 оболочки может быть выполнена с помощью (конических) кулачков, взаимодействующих с частью соединительного элемента, прикрепленной к сегменту оболочки для блокировки посредством действия клинового зажима. Затем может потребоваться какой-нибудь механизм для разблокирования конических кулачков, когда поддерживающий трос 30 должен опускаться относительно сегментов 21 оболочки.
Однако может быть предпочтительным предусмотреть первые части 32А соединительного элемента, заранее закрепленные на поддерживающих тросах 30 в отдельных местах. Интервалы между отдельными местами соответствуют длинам L отдельных сегментов 21 оболочки.
Предпочтительно, чтобы соединительные элементы 32 не имели ни одной части, выступающей из оболочки 20. Это позволяет избежать отрицательного влияния на визуальный аспект ванты 10. Кроме того, предпочтительно, чтобы обеспечивалась герметичность оболочки в отношении воды.
На схеме, изображенной на фиг. 3, показано телескопическое соединение двух соседних сегментов 21 оболочки. В этом примере нижний конец первого сегмента оболочки, расположенный над вторым сегментом оболочки, имеет первую втулочную часть 38, которая расширена, чтобы принимать вторую втулочную часть, образованную верхним концом второго сегмента оболочки, для обеспечения телескопического соединения. Первая и вторая втулочные части могут перемещаться относительно друг друга вдоль оси каната, чтобы поглощать тепловое расширение или сжатие сегментов 21 оболочки. Предпочтительно, чтобы вторые части 32B соединительного элемента были расположены в верхней области втулочной части 38, где поперечное сечение сегмента оболочки расширено (см. также схему на фиг. 2).
На фиг. 8-12 проиллюстрирован другой вариант выполнения телескопического соединения. Здесь каждый сегмент 21 оболочки включает в себя трубу 40, которая составляет наибольшую часть длины сегмента оболочки, нижнюю втулочную часть 41 и верхнюю втулочную часть 42. Пример включает в себя четыре поддерживающих троса 30, проходящих параллельно несущим элементам напрягаемой арматуры конструкционного каната.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 8-12, нижняя втулочная часть 41 сегмента 21 оболочки имеет то же внешнее поперечное сечение, что и основные части (то есть трубы) 40 двух соседних сегментов оболочки, тогда как верхняя втулочная часть 42 нижележащего сегмента 21 имеет меньшее внешнее поперечное сечение и вставляется во втулочную часть 41. Такая конструкция оболочки не имеет выпуклой части, что может быть предпочтительным по эстетическим соображениям.
В примере сегментов оболочки длиной 100 м втулочные части 41, 42 могут иметь размеры, обеспечивающие ход 1,5 м. Для труб, выполненных из HDPE (полиэтилена высокой плотности) этого достаточно, чтобы выдержать тепловое расширение или сжатие в диапазоне температур около 80°C.
В пределах круглого внутреннего поперечного сечения трубы 40 сформированы два продольных канала 48. В каждом канале 48 размещены два из поддерживающих тросов 30. Следует отметить, что это является всего лишь примером. Может быть только один канал 48 или более двух каналов. Также может быть один поддерживающий трос 30 на канал 48 или более двух. Симметричная конфигурация каналов 48 и поддерживающих тросов 30, как правило, предпочтительна для минимизации моментов, когда сегменты оболочки поднимаются вверх.
Стенка 49 каждого канала 48, которая может быть изготовлена способом совместной экструзии с трубой 40, предотвращает контакты поддерживающих тросов 30 с несущими элементами 15 напрягаемой арматуры, помещенными в основное пространство труб 40, чтобы избежать потенциального повреждения элементов 15 напрягаемой арматуры или их индивидуальных оболочек.
Для того чтобы обеспечить относительные (в направлении вверх) перемещения сегментов 21 оболочки вдоль поддерживающих тросов 30, поперечное сечение канала 48 должно быть достаточным для того, чтобы обеспечивать возможность перемещения первых частей 32A соединительного элемента, обжатых на тросах 30.
Как показано позицией 48' на фиг. 8, канал 48, образованный в трубе 40 сегмента 21 оболочки и проходящий в верхней втулочной части 42 нижележащего сегмента 21 оболочки, выровнен с каналом, образованным в трубе 40 нижележащего сегмента оболочки. Канал 48, однако, прерывается в нижней втулочной части 41 для обеспечения телескопического действия трубчатых частей. В этом ограниченном интервале контакты между поддерживающими тросами 30 и несущими элементами 15 напрягаемой арматуры невозможны.
Оболочка, в соответствии с настоящим изобретением, может иметь полости для установки оборудования, такого как, например, источники света, как описано в международной патентной заявке № PCT/IB2017/000214, поданной 3 февраля 2017 года. Такие полости могут быть сформированы вместе с вышеупомянутыми каналами 48. Также следует отметить, что оболочка, в соответствии с настоящим изобретением, может иметь структуру с двойными стенками, как раскрыто в международных патентных заявках № PCT/IB2016/001314 от 27 июля 2016 г. и PCT/IB2016/001978 от 18 ноября 2016 г.
На фиг. 8 и 10-12 показаны коробки для упорных элементов, образующие вышеупомянутые вторые части 32В соединительного элемента и третьи части 32С соединительного элемента. Коробки 32B/C для упорных элементов прикреплены к нижней втулочной части 41 сегмента 21 оболочки с помощью кольца 50. Кольцо 50 закреплено внутри нижней втулочной части 41 на ее верхнем конце. Коробки 32B/C для упорных элементов установлены на кольце 50 таким образом, чтобы сквозные отверстия 33, описанные со ссылкой на фиг. 4-7, были выровнены с каналом 48 трубы 40.
На фиг. 13-18 проиллюстрирован пример способа установки оболочки 20 каната описанного выше типа. В примере показаны два поддерживающих троса 30. Понятно, что количество тросов 30 не является ограничением. Например, если есть четыре троса, как показано на фиг. 8-12, они могут работать в парах одним и тем же способом.
В последующем описании один из двух поддерживающих тросов 30 называется активным тросом 30А, а другой - статическим тросом 30S. Когда в канале 48 имеется два троса (фиг. 9-10), один из них может быть активным тросом, а другой - статическим тросом.
Во время установки статические тросы будут оставаться неподвижными, в то время как активные тросы будут совершать синхронизированные движения вперед-назад, чтобы захватывать сегменты 21 оболочки по одному и поднимать их все вместе. Для этого во время установки статические тросы 30S напрямую соединяются с их окончательной верхней точкой крепления (60 на фиг. 18), в то время как активные тросы 30А соединяются с лебедкой 61, которая используется для их перемещения вперед-назад.
Перед подъемной операцией поддерживающие тросы 30 (с их частями 32A соединительного элемента, установленными на заводе) вставляются внутрь первого сегмента 21 оболочки с его верхней стороны, пока нижняя часть 32A соединительного элемента каждого троса не пройдет через коробку 32B/C для упорных элементов на другой стороне трубы 40, образуя, таким образом, соединительный элемент 32. Для облегчения продевания тросов 30 в сквозные отверстия 33 коробок 32B/C для упорных элементов удобно снабжать сегменты 21 оболочки временными звеньями, проходящими вдоль длины сегмента и вставляемыми в сквозные отверстия 33 и каналы 48 перед соединением нижней втулочной части 41 с трубой 40. Когда сегмент 21 оболочки установлен, конец временного звена на верхней стороне сегмента соединяется с нижним концом поддерживающего троса, и поддерживающий трос скользит в канале и сквозных отверстиях 33, если потянуть временные звенья.
Начальный этап установки первого сегмента 21 оболочки на поддерживающих тросах 30 (фиг. 13) может быть выполнен на земле. Затем верхние концы поддерживающих тросов 30 поднимаются и прикрепляются к верхней точке 60 крепления (для статического(их) троса(ов) 30S) и к лебедке 61 (для активного(ых) троса(ов) 30А).
В этот момент первый сегмент 21 оболочки также поднимается вдоль тросов 30 со своими заблокированными соединительными элементами 32 в положение, показанное на фиг. 14 и 18(а), которое называется положением сборки, поскольку это положение, в котором сегменты 21 оболочки будут последовательно соединяться. Положение сборки обозначено буквой «А» на фиг. 18, где буквой «G» обозначен уровень земли.
Лебедка 61 может приводиться в действие для наматывания и разматывания активного троса 30А.
Чтобы противостоять возникающему цепному усилию и обеспечить безопасные условия для установки оболочки 20, даже в ветреную погоду, к поддерживающим тросам 30 прикладывают некоторое усилие натяжения, вытягивая сегмент 21 оболочки параллельно направлению сегмента в положении А сборки. Это можно сделать, например, с помощью одного или нескольких натянутых стропов 62 или ветвей, соединенных с землей и кольцом, или с помощью другого средства, которое захватывает нижнюю часть сегмента 21 оболочки, расположенную в положении А сборки. Опускание сегмента 21 с помощью стропа 62 создает натяжение статического троса 30 через зацепление коробки 32B/C для упорных элементов с первой частью 32A соединительного элемента статического троса 30S.
Затем можно подвести и установить следующие сегменты 21 оболочки, перемещая активный трос 30А. В дальнейшем «N» обозначает количество сегментов 21 оболочки, из которых изготовлена оболочка 20. Каждый из сегментов 21 оболочки со второго по N-й может быть установлен таким же образом, как показано на фиг. 15-17. Этапы, показанные на фиг. 15-17 для n = 2, легко обобщаются на любое целое число n, такое как 1 < n ≤ N.
В то время как (n - 1)-й сегмент 21 оболочки находится в положении A сборки и натягивается стропом 62, участок G на уровне земли доступен для вставления свободных концов поддерживающих тросов 30 в следующий (n-й) сегмент 21 оболочки своей верхней стороной, например, с помощью временных звеньев (фиг. 15 и 18(b)). Активный трос 30А разматывается с лебедки 61 (и, возможно, тянется от его нижнего конца) до тех пор, пока его первая часть 32А соединительного элемента, закрепленная в самом нижнем отдельном месте, не достигнет коробки 32B/C для упорных элементов n-го сегмента 21 оболочки (фиг. 16 и 18(с)), который соединяет n-й сегмент 21 оболочки с поддерживающим тросом 30А. Во время этого процесса первая часть 32А' соединительного элемента активного троса 30А, которая находится во втором отдельном месте, начиная с самого нижнего, также прошла через коробку 32B/C для упорных элементов (n - 1)-го сегмента 21 оболочки.
Как только новый соединительный элемент 32 сформирован путем объединения самой нижней первой части 32А соединительного элемента активного троса 30А с коробкой 32В/С для упорных элементов n-го сегмента 21 оболочки, активный трос 30А снова разматывается путем приведения в действие лебедки 61. Когда часть 32А' активного троса 30А достигает коробки 32B/C для упорных элементов (n - 1)-го сегмента 21 оболочки, этот (n - 1)-й сегмент начинает перемещаться вверх вместе с n-м сегментом. Сегменты с первого по (n - 2)-й, если n > 2, поднимаются одновременно, и в каждом из них формируются новые соединительные элементы 32. До достижения этой точки статический трос 30S соединяется с землей, а строп 62 удаляется, как показано на фиг. 17 и 18(d). Восходящее перемещение (n - 1)-го сегмента 21 оболочки освобождает положение А сборки, которое затем занимается n-м сегментом 21 оболочки.
В то время как сегменты 21 оболочки с первого по (n - 1)-й поднимаются при работе лебедки 61, образуются n - 1 соединительных элементов 32 с активным тросом 30А, а также со статическим тросом 30S путем присоединения для каждого целого числа j, такого как 1 < j <n, первой части 32A соединительного элемента, прикрепленной к тросу 30A или 30S в (n - j + 1)-м отдельном месте, к коробке 32B/C для упорных элементов j-го сегмента 21 оболочки.
При наматывающем действии лебедки 61 n-й сегмент 21 оболочки может подняться немного за пределы положения A для сборки, как показано на фиг. 18 (d). Если это происходит, лебедка 61 снова приводится в действие, перемещая вниз активный трос 30А до тех пор, пока первые части 32А соединительного элемента всех тросов 30 не будут выровнены.
Фиг. 18(e) и 18(f) соответствуют фиг. 18(c) и 18(d) для n = 3. Фиг. 18(g) соответствуют фиг. 18(c) и 18(e) для n = 4. Вышеописанный процесс повторяется до N-го сегмента 21 оболочки.
После того как все сегменты 21 оболочки будут установлены, активный трос 30А можно зафиксировать в его окончательном положении, сняв лебедку 61 и заменив ее на постоянное крепление 60. В определенных случаях активный(ые) трос(ы) 30 может (могут) использоваться только временно, или в качестве инструмента для последовательной установки различных вант сооружений. В таком случае активный трос 30А можно удалить после установки N сегментов оболочки 21, потянув его за нижний конец.
В вышеописанном примере осуществления процесса установки сегменты 21 оболочки с первого по (n-1)-й поднимаются вдоль поддерживающих тросов 30, чтобы освободить положение A для сборки, одновременно с этим n-й сегмент 21 оболочки устанавливается в положение A для сборки. Подъем и установка выполняются одновременно с помощью активного троса 30А. Также могут быть рассмотрены вариации способа, где эти два действия разделены.
Описанный выше способ установки подходит, когда сегменты 21 оболочки имеют интегральное поперечное сечение. Однако другие способы применимы в объеме настоящего изобретения, включая способы, в которых сегменты оболочки изготавливаются из секторов, собранных вместе на месте проведения работ. Например, такие сегменты оболочки, изготовленные из секторов, могут быть собраны вокруг пучка 15 несущих элементов напрягаемой арматуры, который был предварительно установлен и закреплен (как в патенте США № 5479671). В таком варианте может быть достаточно использовать только один поддерживающий трос для независимой подвески сегментов оболочки.
Приятной особенностью вышеописанной конструкции оболочки является то, что она позволяет при необходимости заменить один или несколько поддерживающих тросов 30 в течение срока службы сооружения.
Такая фаза замены может быть выполнена следующим образом:
- старый трос 30, подлежащий замене, отсоединяется от его крепления 60;
- его верхний конец соединяется с нижним концом нового троса, имеющего первые части 32А соединительного элемента, распределенные в заданных местах вдоль его длины;
- нижний конец старого троса натягивается для его снятия при установке нового троса;
- верхний конец соседнего нового троса присоединяется вместо старого троса.
Соединительные элементы 32, которые были сформированы посредством объединения первых частей 32A соединительного элемента, прикрепленных к старому тросу, с коробками 32B/C для упорных элементов сегментов 21 оболочки, исчезают в фазе замены, когда первые части 32A соединительного элемента старого троса проходят через коробку 32B/C для упорных элементов при вытягивании нижнего конца старого троса. Вместо этого новые соединительные элементы 32 формируются путем объединения первых частей 32A соединительного элемента, закрепленных на новом тросе, с коробками 32B/C для упорных элементов сегментов 21 оболочки, после того как первые части 32A соединительного элемента нового троса прошли через коробки 32B/C для упорных элементов, когда новый трос была спущен до конца.
Следует принимать во внимание, что описанные выше варианты осуществления являются иллюстрацией изобретения, раскрытого в данном документе, и что его различные модификации могут быть выполнены без отклонения от объема, определенного в прилагаемой формуле изобретения.
Например, изобретение применимо к конструкционным канатам, отличным от вант.