СПОСОБ КАНАТНО-ЛЕНТОЧНОЙ СБОРКИ АРОЧНЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
METHOD OF CABLE-BELT ASSEMBLY OF ARC SPANS

Область техники
Изобретение относится к способам и устройствам, специально предназначенных для сборки и возведения, как арочных мостов, так и других арочных строительных конструкций.
Предшествующий уровень техники
По данной заявке был проведен патентно-информационный поиск, который показал, что из существующего уровня техники заявленное изобретение не имеет аналога.
Раскрытие изобретения
Существующие сборные способы возведения арочных пролетных конструкций, как правило, отличаются большой длительностью работ и высокой трудоемкостью, что, прежде всего, обусловлено сложностью применяемых способов реализации технических задач.
Сборные элементы таких конструкций представляют собой крупногабаритные, массивные изделия, так как еще на этапе их изготовления им придаются необходимые прочностные характеристики, которые должны обеспечивать заданную несущую нагрузку возводимой сборной конструкции. Для работы с такими изделиями всегда требуется привлечение тяжелой транспортной и грузоподъемной техники.
Способы последовательного перемещения моста или его секций с использованием инвентарной металлической опалубки требуют частых и достаточно длительных технологических остановок, связанных с необходимостью выдерживать требуемые сроки созревания бетонных смесей.
Общим недостатком арочных пролетных конструкций, возведенных указанными способами, является их относительно низкая несущая способность по отношению к собственной массе таких конструкций. В большинстве случаев, это не позволяет придавать аркам пологую кривизну, что особенно актуально при проектировании арочных конструкций с большими пролетами.
Задачами, на решение которых направлено заявленное изобретение, являются технологическое упрощение процесса сборки и значительное сокращение сроков сборки арочных пролетных конструкций, с целью создания широких возможностей возведения существенно облегченных арочных пролетных конструкций с пологими арками (сводами), с большими пролетами, и с высокими значениями полезной несущей способности по отношению к собственной массе.
Данные задачи решаются с применением способа канатно-ленточной сборки арочных пролетных конструкций. Этот способ позволяет между временно разнесенными по высоте опорами сформировать растянутую каркасную ленту, а затем, путем опускания поднятой торцевой стороны в нижнее положение, обеспечить каркасной ленте направленное сжатие, к ходе которого она непроизвольно выгибается и собирается в арочную пролетную конструкцию.
Для формирования каркасной ленты могут применяться наборные элементы из относительно легких, но достаточно прочных композитных материалов, которые могут состоять из многократно чередующихся армирующих и демпфирующих слоев.
Армирующий слой может быть изготовлен на основе стеклопластиковой или углепластиковой сетки.
Демпфирующий слой может быть изготовлен на основе экструдированного пенополистирола.
Сформированная из таких композитных материалов каркасная лента после ее сборки в арочную пролетную конструкцию способна воспринимать, эффективно рассеивать и переносить на опоры не только равномерно статические или переменно динамические полезные нагрузки, но и точечно-ударные нагрузки. Значения таких нагрузок могут составлять 150-200 МПа.
Ширина и длина такой конструкции может достигать нескольких километров.
Осуществление изобретения
Техническое осуществление способа состоит из трех последовательно выполняемых этапов, которые отражены на фиг. 1.
На первом этапе выполняют натягивание системы канатов.
Предварительно на канаты, для выполнения последующего контроля, на определенном удалении от точек их начального крепления наносят метки, соответствующие длине дуги арки, которую они впоследствии будут охватывать.
Канаты надежно крепят к опоре 1 в двух горизонтальных плоскостях и перебрасывают к опоре 2, к которой предварительно пристраивают временное вспомогательное сооружение 3.
Временное вспомогательное сооружение позволяет:
- временно разносить опоры по высоте;
- натягивать канаты между разнесенными по высоте опорами;
- формировать растянутую каркасную ленту 4;
- опускать по наклонной плоскости нижнюю торцевую грань приподнятого края растянутой каркасной ленты из точки 5 в точку 6.
Для решения этих задач на упорной плоскости опоры 2 закрепляется подвижная плита 7, которая имеет возможность перемещаться по высоте вдоль наклонной плоскости временного вспомогательного сооружения и которая может работать как на отрыв, так и на сжатие.
Верхний ряд канатов является несущим. Он предназначен для крепления наборных элементов и должен выдерживать вес полностью собранной каркасной ленты с учетом возможных дополнительных нагрузок.
Нижний ряд канатов является поддерживающим. Он предназначен для фиксации наборных элементов и обеспечения их устойчивого вертикального положения при боковых нагрузках.
Натянутые канаты должны иметь равномерное провисание (если не требуется сборка многосекционных конструкций с различными параметрами кривизны).
На втором этапе в натянутую систему канатов производится заправка всех необходимых конструктивных наборных элементов с обеспечением их продольного и поперечного сцепления друг с другом. Сформированная таким образом растянутая каркасная лента должна свободно провисать на натянутых канатах, при этом нижние торцевые грани каркасной ленты должны быть максимально приближены к упорным точкам 5 и 8.
На третьем этапе выполняется выгибание и сборка каркасной ленты в арочную пролетную конструкцию.
Эта операция выполняется путем направленного сжатия нижних граней торцевых сторон каркасной ленты в точках 5 и 8. Такое сжатие обеспечивается за счет принудительного наклонного опускания подвижной плиты, при котором приподнятая торцевая сторона каркасной ленты, совместно с подвижной плитой, перемещается из точки 5 в точку 6. При этом другая торцевая сторона каркасной ленты своей нижней гранью постоянно упирается в точку 8.
В процессе выполнения этой операции каркасная лента непроизвольно выгибается в обратную сторону и собирается в арочную пролетную конструкцию 9 с заданным значением радиуса кривизны.
При опускании каркасной ленты постоянно выбирается появляющаяся у несущих канатов слабина.
Возможный вариант сборки наборных элементов каркасной ленты показан на фиг.2 (вид сверху), где 10 - система канатов, 11 - формы наборных элементов каркасной ленты.
Успешное выполнение всех этапов канатно-ленточной сборки арочных пролетных конструкций обеспечивается:
- точным выносом точек 6 и 8 в натуру;
- соответствием углов наклона упорной плоскости опор 1 и 2 расчетным значениям;
- правильным подбором технических характеристик канатов и приводных механизмов;
- выбором оптимального размера наборных элементов и их прочностных характеристик;
- высокой точностью линейных и угловых значений наборных элементов.
При выполнении изложенных условий способ канатно-ленточный сборки арочных пролетных конструкций позволяет успешно решать поставленные задачи.
Для массового внедрения способа требуется:
- разработка стандартных форм наборных элементов с широким диапазоном размеров и прочностных характеристик;
- заводское производство форм наборных элементов;
- разработка приложений к существующим трехмерным программам моделирования (Компас-3D, AutoCAD, ArchiCAD), позволяющих по набору исходных данных рассчитывать и подбирать оптимальный вариант комплектующих материалов.
Промышленная применимость
Способ канатно-ленточной сборки арочных пролетных конструкций обладает:
- широтой применения (может применяться в транспортном, промышленном, гражданском и военном строительстве);
- технической простотой и доступностью (не требуется привлечение тяжелой транспортной и грузоподъемной техники);
- низкой трудоемкостью (технически возможно выполнять работы даже одному человеку);
- высокой скоростью сборки (можно возводить большие арочные пролетные конструкции в самые короткие сроки);
- широтой конструкторских возможностей (позволяет собирать и состыковывать конструкции с различными пролетами и радиусами кривизны);
- автономностью и мобильностью (не требует привлечения систем электроснабжения и доступа к инженерным сетям; возможно применение в удаленных и труднодоступных участках);
- универсальностью (наборные элементы с заданными характеристиками могут изготавливаться, в том числе, кустарным способом с использованием доступных материалов и с применением только ручного инструмента);
- высокой ремонтопригодностью (позволяет заменять отдельные наборные элементы конструкции практически без снижения прочностных и несущих характеристик всей конструкции).