Регулируемая конструкция фермы
ADJUSTABLE TRUSS DESIGN

Изобретение относится строительным стержневым конструкциям, в частности к фермам.
Известно устройство для измерения деформаций строительных конструкций, включающее нагружающее устройство, рабочие тензорезисторы, расположенные непосредственно на испытываемой конструкции, блок измерения и программного обеспечения, блок компенсационных тензорезисторов и два температурных датчика (Патент РФ №86008 U1, дата публикации 20.08.2009, авторы: Плевков B.C. и др., RU).
Известна полезная модель для определения параметров напряженно-деформированного состояния в силовых соединительных узлах пространственных конструкций, выполненная из оптически чувствительного материала с соблюдением геометрического подобия по отношению к натурной конструкции с применением метода «замораживания» деформаций (Патент РФ №123934 U1, G01N 3/00, 2013).
Известна установка для демонстрации реакций стержней и замкнутого плана сил, содержащая стержни, соединенные со станиной и между собой посредством шарниров, к внутреннему из которых подвешен груз, причем стойка станины и стержни выполнены из трубчатого профиля с продольными окнами по бокам и стрелками на концах, внутри которых расположены неоновые лампы, включенные в электрическую цепь и высвечивающие при возникновении реакции стержней (Патент РФ №49991 U1, G01N 3/00, 2005).
Известна регулируемая ферма, позволяющая проводить исследования по выявлению зависимостей усилий в стержнях от изменения расстояния между опорами фермы, при этом ферма содержит между опорами телескопический стержень, выполненный с возможностью изменения и фиксирования его длины с помощью клеммы, а все стержни снабжены тензодатчиками (Патент РФ №41366 U1, кл. G01N 3/00, 2004 г. - прототип).
Общим недостатком известных устройств является ограниченность в регулировании усилий в стержнях с целью равномерного их распределения в конструкции фермы.
Техническим результатом является равномерное распределение усилий в стержнях фермы.
Технический результат достигается тем, что регулируемая конструкция фермы, состоящая из треугольников, каждый из которых образован тремя связанными между собой стержнями, которые снабжены тензодатчиками, согласно изобретению имеет блок управления с программным обеспечением, а каждый стержень выполнен из двух частей, встречные концы, которых объединены компенсатором усилий, изготовленного в виде муфты соединенной с этими концами с помощью винтового соединения, при этом на муфте установлен привод, управляемый шаговым двигателем для обеспечения ее вращения, причем все тензодатчики соединены с входами блока управления с программным обеспечением, выходы которого соединены со всеми шаговыми двигателями компенсаторов усилий в стержнях.
Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что по сравнению с известными техническими решениями обеспечивается возможность равномерного распределения усилий в стержнях конструкции фермы.
По данным научно-технической и патентной литературы не обнаружена аналогичная заявляемой совокупность признаков, позволяющая получить технический результат, который ранее не достигался известными средствами, что позволяет судить об изобретательском уровне заявляемого предложения.
Предлагаемое устройство работоспособно и может быть использовано в строительстве при сооружении ферм, что соответствует критерию «промышленная применимость».
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 - представлена общая схема регулируемой конструкции фермы; на фиг.2 - изображен компенсатор усилий стержня фермы.
Регулируемая конструкция фермы, состоит из треугольников, каждый из которых образован тремя связанными между собой стержнями 1, которые снабжены тензодатчиками 2. Ферма имеет блок управления 3 с программным обеспечением. Каждый стержень 1 выполнен из двух частей. Их встречные концы 4 и 5 объединены компенсатором усилий 6, изготовленного в виде муфты 7 соединенной с этими концами с помощью винтового соединения 8. На муфте 7 установлен привод 9 управляемый шаговым двигателем 10 для обеспечения ее вращения, Все тензодатчики 2 соединены с входами блока управления 3 с программным обеспечением, выходы которого соединены с шаговыми двигателями 10 компенсаторов усилий в стержнях 1.
Регулируемая конструкция фермы работает следующим образом. Тензодатчик 2 на каждом стержне 1 фермы оперативно отслеживает напряженно-деформированное состояние его. Компенсаторы усилий 6 в виде муфты 7 на стержне 1, за счет винтового соединения 8 встречных концов 4 и 5 стержня 1 с муфтой 7 обеспечивают возможность в небольших пределах регулировать длину стрежня 1, а следовательно и усилие в нем. Тензодатчики 2 подключаются к входам блока управления 3, где с помощью программного обеспечения производится оценка полученных показаний с тензодатчиков 2 и расчет требуемых изменений длин стержней (усилий в них). Затем с блока управления 3 сигналы передаются на соответствующие шаговые двигатели 10, которые управляют приводами 9, обеспечивающие вращение муфты 7 на требуемый шаг, компенсируя усилия в стержнях 1, путем изменения их длин, приводя конструкцию фермы в требуемое состояние.
Таким образом, для равномерного распределения усилий в ферме, необходимо определить, в какой мере нужно удлинить или укоротить каждый стержень, чтобы усилия во всех стрежнях стали одинаковыми или получили запланированную величину.
При использовании заявляемой регулируемой конструкции фермы получают следующие положительные эффекты:
1) все стержни фермы равномерно нагружены;
2) заявляемая ферма способна приспосабливаться к изменяющимся условиям, путем перераспределения усилий между элементами;
3) способна приспосабливаться к изменяющимся условиям путем изменения формы всей конструкции в целом (например: при изменении нагрузки Р (фиг.1) на ферму она получает прогиб Δр, в следствии получает Δк - компенсирующий прогиб от воздействия компенсаторов путем изменения длин стержней);
4) за счет установленных на всех стрежнях тензодатчиков, подключенных к блоку управления, выполняется оперативное отслеживание состояние фермы;
5) регулируя компенсатором усилий длину стержней (величину усилий в них), можно улучшить распределение усилий между стержнями при разрушении одного или нескольких в результате аварии или теракта;
6) для того, чтобы собственная частота фермы, нагруженная периодически действующей силой, не совпадала резонансной, можно не только изменить массу или жесткость конструкции, но и изменить распределение усилий в стержнях;
7) в статически неопределимых системах, т.е. в фермах могут возникать температурные и монтажные напряжения, которые за счет регулировки усилий устраняет этот недостаток.