ОБОЛОЧКА ДЛЯ КОНСТРУКЦИОННОГО ТРОСА
SHELL FOR STRUCTURAL CABLE

Изобретение относится к оболочке для конструкционного троса для строительных работ, разработанного с учетом климатических условий, в которых ведется работа.
Обычно оно относится к вантам, используемым в подвесных конструкциях, например, на крышах или мостовых настилах, или для стабилизации конструкций, например, башен или мачт.
Предшествующий уровень техники
Погодные условия, которым подвергаются конструкции мостовых вант, должны быть приняты в расчет при конструировании мостовых вант.
В частности, вибрации, возбуждаемые под действием дождя/ветра, являются известной проблемой, которая обычно принимается в расчет при конструировании оболочек или трубок, содержащих несущую нагрузку арматуру мостовых вант. Формирование водяного ручья вдоль ванты при умеренном дожде и ее взаимодействие с потоком ветра оценивались как причина вибраций, возбуждаемых дождем/ветром, при исследованиях и испытаниях в аэродинамической трубе. См. «Вибрация, возбуждаемая ветром в мостовых вантах», публикация № FHWA-HRT-05-083; Министерство транспорта США, Федеральное управление автомобильных дорог, август, 2007 г. Модификации наружной поверхности ванты, которая сталкивается с формированием водяного ручья, являются известным способом ослабления вибраций, возбуждаемых дождем/ветром. Такие модификации включают в себя: спиральные ребра, сформированные на наружной поверхности трубок для ванты. Другой вид модификации заключается в форме структур углубления на наружной поверхности трубы. Эти типы модификации поверхности были применены на более 20 вантовых мостах как со смягчающими мерами, так и без других смягчающих мер, например, внешних демпферов и тросовых стяжек.
В документе WO2014/001514Al раскрыта модификация наружной поверхности оболочки мостовой ванты с ребрами, расположенными в виде спиральной структуры и имеющими особый профиль. Спиральная структура может быть выполнена из сегментов ребер, выступающих перпендикулярно к направлению оболочки и содержащих промежутки в осевом направлении, и смещения в окружном направлении между ними. Ожидалось, что посредством таких формирований ребер может быть уменьшено или предотвращено формирование водяных ручьев на ванте и, таким образом, исключена вибрация, возбуждаемая дождем и ветром.
Другое направление в конструировании мостовых вант относится к воздействию льда, инея или снега, которые могут накапливаться на вантах в холодную погоду. Существует риск того, что глыбы льда, отделившиеся от вант, будут падать и причинять ранения людям или повреждения оборудованию (автомобилям, устройствам, крышам, компонентам строений и т.п.), находящимся под вантами.
Активные меры были предложены для предотвращения таких рисков. Например, в патентных документах CN105926442A и JP2006-322177A предлагалось использование композитных оболочек, имеющих электрический нагревательный слой между двумя пластмассовыми слоями. Нагревательный слой снабжается энергией для растапливания льда или снега, накопившихся на наружной поверхности оболочки. При достижении нагрева лед растапливается сначала на поверхности оболочки. Если накопился относительно толстый слой льда, то большие глыбы или куски льда могут отделяться в процессе нагревания и могут причинять неприятности при падении. Поэтому обычно требуется предпринимать специальные защитные меры, например: блокирование дорожного движения на вантовом мосту или установка защитных устройств, при осуществлении процесса удаления льда.
Другие известные способы активного удаления льда с оболочки ванты включают:
– размещение воротника из сетки Рабица вокруг оболочки и сбрасывание или протягивание воротника вдоль оболочки для соскребания скопившегося льда; эта технология является сложной для осуществления, и ее эффективность не гарантирована; она может быть неприменима, если имеются элементы, соединенные с вантами в их ходовой части;
– генерирование электромагнитных волн с использованием соленоидов для отщепления слоев льда от оболочки ванты; это – дорогостоящий процесс, и при нем не предотвращается падение потенциально больших глыб льда.
В патетном документе WO2018/196966Al предложено комбинирование обычной композитной оболочки, содержащей активные нагревательные элементы, со спиральной структурой ребер, как раскрыто в патентном документе WO2014/001514Al. Ожидалось, что ребра на оболочке будут удерживать лед, чтобы ограничить риск падения льда в периоды, когда нагревательные элементы не активированы. Улучшенное удерживание льда и снега посредством структуры ребер обеспечивает возможность целевого ограничения дорожного движения на вантовом мосту для активного удаления льда для, таким образом, уменьшения столкновения в потоке дорожного движения после обнаружения значительного скопления льда на вантах. В документе отмечено, что структура ребер вызывает ослабления в слое льда при подаче энергии в активную систему так, что лед падает в виде меньших фрагментов. Однако эти фрагменты все еще остаются достаточно большими (несколько десятков сантиметров) и толстыми. Фрагменты обычно имеют размеры, не меньшие шага спиральной структуры ребер и диаметра оболочки. Они падают быстро после начала нагрева поверхности оболочки при включении активной системы, так как ослабления в слое льда появляются около ребер и способствуют продвижению разломов в достаточно больших кусках до расплавления существенной толщины льда. Такие фрагменты могут все еще причинять повреждения или ранения при падении. Этим объясняется потребность в специальных защитных мерах, например, прекращении дорожного движения.
Задачей изобретения является создание другого решения борьбы со льдом или снегом, накапливающимися на оболочках конструкционных тросов, при котором сокращаются по меньшей мере некоторые из упомянутых выше проблем.
Раскрытие изобретения
Согласно изобретению раскрыта оболочка для конструкционного троса для строительных работ, наружная поверхность подвергается воздействию окружающей среды строительных работ. Предлагается обеспечение наружной поверхности оболочки шероховатой текстурой для способствования удерживанию замерзшей воды. По меньшей мере в верхней части длины оболочки шероховатой текстурой должно быть покрыто более половины наружной поверхности оболочки.
Защита, таким образом, предложенная против глыб льда, падающих с конструкционного троса, является пассивной. Не требуются активные элементы, например, терморезисторы, в оболочке. Лед или снег, накапливающиеся на оболочке, удерживаются благодаря шероховатой поверхности, посредством которой увеличивается сцепление с замерзшими водяными кристаллами. При повышении температуры выше 0°С, накопившиеся лед или снег растапливается, начиная с их самой наружной поверхности, до тех пор, пока слой становится достаточно тонким до потери его сцепления. В это время фрагменты льда могут падать с конструкционного троса. Однако такие фрагменты являются небольшими благодаря шероховатости поверхности оболочки, посредством чего утоненный слой льда делится на небольшие кусочки, когда слой отделяется от шероховатой поверхности.
Варианты осуществления оболочки, определенной выше, дополнительно включают одну или более следующих особенностей:
– шероховатая текстура расположена так, чтобы наружная поверхность оболочки не содержала гладкой области в верхней части длины оболочки;
– перпендикулярно к наружной поверхности оболочки шероховатая текстура содержит элементы, имеющие размеры в диапазоне от 0,1 мм до 2,0 мм;
– параллельно наружной поверхности оболочки шероховатая текстура содержит элементы, имеющие размеры в диапазоне от 0,1 мм до 5,0 мм;
– выступы сформированы по меньшей мере в одной спиральной структуре вдоль оболочки; причем шероховатая текстура расположена между выступами;
– такие выступы могут быть сформированы по меньшей мере в виде двух спиральных ребер, выступающих вдоль соответствующих спиральных путей в противоположных направлениях вдоль наружной поверхности оболочки;
– шероховатая текстура может быть выполнена в виде бороздок, которые могут выступать перпендикулярно к направлению оболочки, по спирали вокруг и вдоль оболочки, или параллельно оболочке.
Оболочка может быть сформирована из одного куска материала (обычно - пластмассы) с шероховатой текстурой на его наружной поверхности, как было упомянуто выше.
Она может быть также сформирована из множества оболочек, собранных вместе, для замыкания поперечного сечения оболочки.
Во многих случаях оболочку формируют посредством сборки двух или более сегментов оболочки вдоль направления троса. В таких случаях другой аспект изобретения относится к сегменту оболочки для формирования оболочки для конструкционного троса для строительных работ, когда он собран по меньшей мере с одним другим сегментом; причем сегмент оболочки содержит наружную поверхность, подвергаемую воздействию окружающей среды строительных работ, и обеспечен шероховатой текстурой для способствования удерживанию замерзшей воды, причем шероховатой текстурой покрыто более половины наружной поверхности сегмента оболочки.
Все сегменты оболочки данного конструкционного троса могут быть, таким образом, обеспечены шероховатой текстурой. Альтернативно только сегмент(ы), занимающий (занимающие) наиболее высокое положение(я), может (могут) содержать такую шероховатую текстуру, в сравнении с нижней частью троса, в результате чего падение льда менее опасно. Однако по эстетическим соображениям может быть предпочтительным иметь сегменты оболочки одинакового вида вдоль всего троса.
Краткое описание чертежей
Другие раскрытые особенности и преимущества оболочки конструкционного троса станут очевидными из следующего описания неограничивающих вариантов осуществления изобретения со ссылками на чертежи.
На фиг. 1 схематично показана мостовая ванта, вид сбоку;
на фиг. 2 – конструкция примера мостовой ванты, вид в перспективе;
на фиг. 3 показана часть оболочки мостовой ванты, показанной на фиг. 2, соответствующая области III, выделенной на фиг. 2, вид сбоку;
на фиг. 4 и 5 – альтернативные конфигурации борозд, сформированных на сегментах оболочки, виды сбоку; и
на фиг. 6 и 7 – сегменты оболочки согласно другим вариантам осуществления, виды в перспективе.
Варианты осуществления изобретения
На фиг. 1 показан конструкционный трос 10, который может быть обеспечен оболочкой 20 согласно изобретению.
Трос 10, например, ванта, проходящий вдоль наклонного пути между первой и второй частями 12, 14, где он закреплен с использованием соответствующих крепежных устройств 16, 18. Мостовую ванту используют для подвешивания второй части 14 (например, мостового настила) к первой части 12 (например, к пилону), или для стабилизации высокой конструкции, образующей первую часть 12, на земле или некоторой низкой конструкции, образующей вторую часть 14.
Конструкционный трос 10 содержит пучок жил 22, расположенных параллельно друг другу (фиг. 2) и содержащихся в общей оболочке 20. Например, сгруппированные жилы могут быть пучками стальной проволоки, где каждый пучок защищен веществом, например, смазкой или воском, и отдельно содержатся в соответствующей пластмассовой оболочке.
Общая оболочка 20 представляет собой защитное покрытие для пучка жил 22. Она выполнена в виде трубы, внутри которой определена полость, проходящая вдоль длины троса 10, в которой расположен пучок жил 22. Поперечное сечение оболочки 20 обычно является круглым. Возможны и другие формы, например, многоугольная, эллиптическая и т.п.
Трос 10 может иметь длину до нескольких сотен метров. Пучок может содержать
Оболочка обычно выполнена из пластмассового материала, например, полиэтилена высокой плотности (ПЭВП).
В большинстве случаев оболочка 20 сформирована посредством соединения множества сегментов одного за другим. Для соединения двух смежных сегментов друг с другом применяют известную технологию зеркальной сварки. Она состоит в локальном нагревании и сплавлении пластмассового материала оболочки на концах двух смежных сегментов и сведении этих двух концов вместе для сваривания двух сегментов. Другой возможностью является использование телескопического межповерхностного соединения между двумя смежными сегментами оболочки.
Каждый сегмент может быть сформирован посредством сборки двух или более оболочек вместе. В таком случае оболочка 20 может быть установлена на пучке жил 22 после размещения и закрепления жил в конструкции.
Альтернативно каждый сегмент (или вся оболочка 20, если она изготовлена из одной части пластмассового материала) выполнен в виде цельной секции трубы. Существуют различные возможности технологий монтажа такой оболочки 20.
Согласно одной технологии, пластмассовую оболочку 20 укладывают на землю или мостовой настил и, после продевания жил 22 в нее, верхний конец троса, собранного таким образом, поднимают для соединения с верхним крепежным устройством 16 на первой части 12, а нижний конец соединяют с нижним крепежным устройством 18 второй части 14.
Согласно другой технологии, оболочку 20 сначала размещают вдоль наклонного пути троса 10, а жилы 22 затем продевают, одну за другой или все вместе, в оболочку для соединения с крепежными устройствами 16, 18.
Согласно еще одной технологии, жилы 22 сначала присоединяют к верхнему крепежному устройству 16 на первой части 12, а сегменты оболочки проталкивают вверх один за другим с нижнего конца троса для формирования оболочки 20 до соединения первых (несущих) жил 22 с нижним крепежным устройством 18.
Наружная поверхность оболочки 20 может подвергаться воздействию окружающей среды. Когда погода холодная и влажная, лед, снег или иней (далее называемые вместе «замерзшей водой») могут накапливаться на оболочке. По отношению к расположенным высоко частям троса, по меньшей мере предпочтительно, предпринимать меры минимизации риска того, чтобы глыбы накопившейся замерзшей воды падали, для исключения повреждений или ранений.
Для этого, один или более расположенных выше сегментов или все сегменты оболочки 20 содержат шероховатую текстуру на их наружной поверхности. Благодаря шероховатой текстуре улучшается сцепление замерзшей воды с оболочкой 20. Сцепление способствует удерживанию накапливающегося льда на поверхности оболочки, и обеспечивает возможность того, что существенная часть накопившегося льда растопится до того, как куски льда начнут падать.
Шероховатая текстура может иметь различные формы. Например, она может быть выполнена посредством создания рифлей или борозд 30, как показано на фиг. 2-5. Направление и/или размер таких рифлей или борозд могут быть регулярными, как показано на чертежах, или хаотически распределенными.
Альтернативно шероховатая текстура может быть выполнена посредством создания выступов или шипов (не показаны) различных размеров, сформированных на наружной поверхности оболочки.
Возможная конфигурация рифлей для обеспечения шероховатой текстуры поверхности оболочки показана на фиг. 2-3. В этом примере рифли выполнены в виде параллельных борозд 30, которые проходят параллельно друг другу вдоль спиральных кривых вокруг и вдоль оболочки.
Оболочка 20, показанная на фиг. 2 и 3, также содержит пару параллельных спиральных ребер, которые образуют выступы 27, выполненные для увеличения сопротивления оболочки 20 комбинированному действию дождя и ветра. Выступы 27 могут быть обычно сформированными посредством прикрепления двух буртиков из ПЭВП к наружной поверхности оболочки 20. Обычно высота выступов 27 (перпендикулярно к наружной поверхности оболочки 20) составляет в диапазоне от 1 мм до 3 мм, а их ширина (параллельно наружной поверхности оболочки 20) составляет в диапазоне от 2 мм до 5 мм. Шаг P спиральных ребер может составлять от 30 см до 60 см (т.е. от 3 до 6 раз больше наружного диаметра оболочки). На фиг. 2, пространство между двумя ребрами вдоль оси A оболочки 20 составляет половину шага спиральных ребер.
В примере, показанном на фиг. 2 и 3, борозды 30 следуют спиральным кривым вокруг оси A оболочки 20, которые параллельны спиральным ребрам, образующим выступы 27, с тем же шагом P.
Однако характерные размеры борозд 30 (или другие геометрические элементы, из которых выполнена шероховатая текстура) по меньшей мере от 3 до 5 раз меньше размеров выступов 27. В варианте осуществления геометрические элементы шероховатой текстуры 30 имеют размеры в диапазоне от 0,1 мм до 2,0 мм перпендикулярно к наружной поверхности оболочки 20. Кроме того, они могут иметь размеры в диапазоне от 0,1 мм до 5,0 мм параллельно наружной поверхности оболочки 20. Наиболее предпочтительные размеры параллельно наружной поверхности составляют в диапазоне от 0,1 мм до 3,0 мм.
Таким образом, посредством борозд обеспечивают наружную поверхность оболочки 20 шероховатой текстурой между выступами 27. Такая шероховатая текстура является приемлемой для увеличения удерживания льда на поверхности оболочки так, чтобы накапливающийся лед имел время для растапливания в большей степени до потери сцепления льда и начала падения вниз под конструкционный трос 10. Посредством этого уменьшают риск падения глыб льда существенного веса, например, более 0,2 кг.
В показанном примере шероховатой текстурой 30 покрыта вся поверхность оболочки 20 между выступами 27. Обычно достаточно, если шероховатой текстурой 30 покрыта существенная часть наружной поверхности оболочки 20, а именно: более 50%.
Борозды 30 могут быть сформированы непосредственно при изготовлении трубообразной оболочки 10, или впоследствии посредством использования пригодного абразива или механического процесса. Это предпочтительно осуществляют до прикрепления буртиков, образующих выступы 27, если используют такие выступы 27.
Следует отметить, что шероховатая текстура 30 может иметь различные формы и конфигурации, отличные от показанных на фиг. 2 и 3. На фиг. 4 и 5 показаны примеры, в которых шероховатая текстура 31, 32 снова выполнена из геометрических элементов в виде борозд. В случае, показанном на фиг. 4, борозды 31 проходят параллельно направлению A оболочки 20. В случае, показанном на фиг. 5, борозды 32 проходят перпендикулярно к направлению A оболочки 20.
Возможно выполнение многих других конфигураций. Например, борозды могут быть расположены в различных направлениях на поверхности оболочки 20. Создание борозд является не единственным способом обеспечения пригодной шероховатой текстуры. Возможны также рифли, выступы или шипы, сформированные хаотически на поверхности оболочки.
На фиг. 6 и 7 показаны альтернативные примеры спиральных ребер, составляющих выступы 28, 29 на наружной поверхности сегментов оболочки 20 для исключения вибрации, возбуждаемой дождем и ветром.
На фиг. 6 и 7 шероховатая текстура между ребрами не показана для повышения четкости чертежа. В этих примерах снова имеется два спиральных ребра, образующих выступы 28, 29 вдоль и вокруг оболочки 20. Однако спиральные пути двух ребер имеют противоположные направления такие, чтобы они перекрещивались друг с другом. Это пригодно для предотвращения того, чтобы слои льда оборачивались вокруг оболочки 20 при начале плавления льда. Таким образом, текстура дополнительно улучшает удерживание накапливающегося льда на наружной поверхности оболочки.
В случае, показанном на фиг. 6, шаг P каждого спирального ребра составляет, например, 30 см. В случае, показанном на фиг. 7, шаг P каждого спирального ребра меньше, и составляет, например, 15 см.
Должно быть понятно, что варианты осуществления, описанные выше, являются поясняющим раскрытое изобретение, и что различные модификации могут быть выполнены без отступления от его объема, определенного формулой изобретения.