Вантовые покрытия: ВАНТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ | это… Что такое ВАНТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ?

Содержание

Вантовые конструкции

Главная страница
Проекты
Вантовые конструкции

Вантовый мост
через Корабельный фарватер,
Санкт-Петербург,
2015-2016

 
 
 Строительство
вантового мостового перехода через Корабельный
фарватер Центрального участка Западного
Скоростного Диаметра – высота пилонов
126м, длина центрального пролёта 320м.
Компания осуществила монтаж, поставку
всех необходимых материалов для монтажа
вантовой системы Freyssinet HD – более 800км высокопрочных
вантовых прядей, анкеров типоразмером
от 37h3000 до 127h3000, демпфирующих устройств
(внутренние гидравлические и внутренние
радиальные демпферы), системы освещения
на вантах, системы мониторинга мостового
сооружения.
 
 

3-й городской
арочный мост через р. Обь,
Новосибирск, 2014

   

Строительство автодорожного
арочного пролётного строения длиной 380м.

Компания осуществила поставку материалов
для монтажа системы временных вантовых
растяжек Freyssinet h2000 для закрепления вертикальных
временных опоры, используемых при сборке
свода арки, а также техническое содействие
при выполнении данных работ.

 
 

Арочный мост
у с. Междуречье, Калининградская
область, 2014

   
 
Строительство автодорожного
арочного пролётного строения длиной 45м.
Компания осуществила поставку материалов
для монтажа вантовой системы Freyssinet h2000
из 18 вантовых подвесок с типоразмером анкеров
7Н1000 и длиной до 7м, поставку материалов
деформационных швов Freyssinet CIPEC WD (раскрытием
60 и 80мм), стаканных опорных частей Freyssinet
Tetron CD, а также произвела работы по установке
перечисленных материалов.
 
 

Арочный мост
у Адлерского вокзала, Адлер, Сочи, 2013

   

Строительство автодорожного
арочного пролётного строения длиной 131м.
Компания осуществила поставку материалов
для монтажа вантовой системы Freyssinet h2000
из 22 вантовых подвесок с типоразмером анкеров
19Н1000 и длиной от 5 до 21м, а также техническое
содействие при выполнении работ.

 
   
 

Вантовый мост
через бухту Золотой Рог
Владивосток, 2010-2012

   

Строительство вантового
мостового перехода через Бухту Золотой
Рог, длина центрального пролёта 737м, высота
пилонов 225м, длина самой длинной ванты –
более 380м.  Компания оказывала техническое
содействие в процессе производства работ
по монтажу вантовой системы Freyssinet HD, произвела
поставку всех необходимых материалов –
более 1 600км высокопрочных прядей, вантовые
анкеры типоразмерами от 19 до 55 прядей, демпферные
устройства (внутренние радиальные демпфера).

 
 

Вантовый мост
на о. Русский Владивосток, 2010-2012

 
 
Строительство вантового
мостового перехода на остров Русский —
длина центрального пролёта 1104м (мировой
рекорд), высота пилонов более 320м, длина
самой длинной ванты – 580м.  Компания оказывала
техническое содействие в процессе производства
работ по монтажу вантовой системы Freyssinet
HD, произвела поставку всех необходимых
материалов – почти 3 000км высокопрочных
прядей, вантовые анкеры типоразмерами
от 27 до 91 прядей, демпферные устройства
(внутренние радиальные демпфера, внешние
маятниковые демпфера).
 
 

Вантовый мост
«Живописный», Серебряный бор,
Москва, 2007

 
 
Компания осуществила
поставку материалов вантовой системы типа
Freyssinet HD, а также предоставила персона для
технического содействия в процессе монтажа
вантовой системы, при этом особенностью
являлся пилон, выполненный в виде арочной
конструкции с веерным расположением вант.

ТЕХНОЛОГИЯ МОНТАЖА ВАНТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ | Бетон-Каркас

Вантовым называют покрытие, имеющее в качестве опоры натянутые стальные канаты (ванты). Байтовая система, в свою очередь, опирается на опорный контур, воспринимающий все горизонтальные и вертикальные нагрузки.

Опорный контур может устраиваться в виде рядов колонн или стен с контрфорсами, быть незамкнутым или замкнутым.

Как правило, ванты натягивают на замкнутое железобетонное кольцо, опирающееся на колонны. Кольцо полностью воспринимает горизонтальные нагрузки и исключает возникновение изгибающих напряжений в колоннах.

Помещения, перекрываемые вантовыми конструкциями, в плане могут быть прямоугольными, овальными или круглыми, а ванты — располагаться параллельно, радиально или перекрестно по главным направлениям поверхности оболочки.

В качестве вант могут быть использованы стальные стержни, пряди или канаты, в том числе объединенные для удобства установки в фермы.

Для уменьшения прогиба от эксплуатационных нагрузок и возможности появления трещин висячая оболочка подвергается предварительному напряжению путем натяжения вант и подвешивания дополнительных пригрузов.

Для отвода воды и удобства ведения монтажных работ кроме несущего каната может дополнительно устанавливаться верхний — стабилизирующий канат (рис. 1). Пример устройства Байтового перекрытия приведен на рис 2.

Рис.1.: а и б — соответственно при незамкнутом и замкнутом опорном контуре; в — при натяжении и при грузке вантовых ферм; 1 — опорный контур; 2 — ванты; 3 — стабилизирующий канат, 4 — центральная цилиндрическая опора; 5 — несущий канат.

Последовательность выполнения работ при перекрытии пролета вантовыми канатами:

  • вантовый канат, намотанный на барабан, подают краном к месту установки, один конец каната закрепляют анкером в опорном контуре.
  • канат раскатывают, оснащают контрольными грузами, поднимают в проектное положение, натягивают электролебедкой и закрепляют в опорном контуре с противоположной стороны;
  • после установки всех продольных канатов производят геодезическую проверку положения точек вантовой сети;
  • устанавливают поперечные ванты (на рис. 2 не показаны), закрепляют их пересечения с рабочими вантами;
  • укладывают плиты покрытия в направлении от нижней к верхней;
  • производят натяжение загруженной вантовой сети, бетонирование стыков и контурных участков.

Вантовыми фермами была использована при строительстве Дворца спорта «Юбилейный* в Санкт-Петербурге.

Здание, круглое в плане, высотой 20 м, диаметром 93 м, включает в себя спортивную арену, трибуны, обслуживающие и вспомогательные помещения. Распор от натяжения тросов воспринимается металлическими колоннами и железобетонным кольцом, которое через консоли крепится к 48 колоннам.

Байтовые полуфермы собирались внизу на стендах, наносилось антикоррозийное покрытие, устанавливались анкерные муфты и т.п.

Монтаж полуферм осуществлялся с помощью башенного крана, перемещающегося по кольцевым путям, проложенным вокруг здания, и сводился к подъему вантовых ферм и закреплению их с одной стороны к металлическим кольцам, а с другой — к заводке тросов с муфтам гнезд на колоннах.

Несущий и стабилизирующий тросы (соответственно диаметром 65 и 42,5 м) крепились на колоннах на разных уровнях, что позволило сократить высоту здания и установить в местах излома поверхности кровли приемные воронки для внутреннего водостока.

В качестве плит покрытия использовались стальные панели трапециевидной формы, покрываемые затем пенопластом и рубероидным ковром.

Рис.2. Технологические схемы перекрытия больших пролетов висячими конструкциями:
а — вантовыми канатами; б — Байтовыми фермами; 1 — электролебедка; 2 — башенные краны. 3 — вантовый канат; 4 — траверса, 5 — постоянная цилиндри-ческая опора из двух колец и стоек; б — установленная ферма. 7 — опорное железобетонное кольцо; 8 — временная монтажная опора; 9 — монтируемая вантовая ферма, 10 — трибуна

 Монтаж висячего покрытия с использованием вантовых ферм включает в себя следующие технологические операции:

  • установка с помощью стрелового крана временной центральной монтажной опоры и монтаж на ее верхней части постоянной цилиндрической опоры в виде двух колец, соединенных стальными стойками;
  • изготовление, подъем и установка попарно вантовых полуферм и наружных связей — сначала по двум перпендикулярным осям, затем подряд с двух диаметрально противоположных сторон;
  • первоначальное натяжение установленных полуферм;
  • раскружаливание и демонтаж временной монтажной опоры;
  • монтаж сборных элементов покрытия с заделкой стыков;
  • напряжение всей вантовой системы в несколько этапов — по две фермы, расположенные перпендикулярно друг другу;
  • установка внутренних связей по фермам и кровле;
  • замоноличивание покрытия и контурных участков.

Вантовые покрытия

Министерство 
образования и науки Российской
Федерации

Государственное
образовательное учреждение

высшего профессионального 
образования

Хакасский технический 
институт –

филиал федерального
государственного образовательного учреждения

высшего профессионального 
образования

«Сибирский 
федеральный университет» 

Кафедра            
Промышленное и гражданское строительство

Факультет                                              
Инженерно-технический 
 

Реферат

на тему: «Вантовые 
покрытия» 
 

Руководитель:   
_________ Жукова Светлана Александровна 

Выполнил:      
__________       Пунегов Евгений Вячеславович 
 
 
 

Абакан

2010 


Содержание:

  1. Общие сведения
    о вантовых покрытиях………………………………. 3
  2. Виды вантовых
    покрытий………………………………………………….5
  3. Прямоугольные
    в плане системы………………………………….……5
  4. Системы эллиптические
    или овальные…………………………………7
  5. Круглые в плане
    системы …………………………………………..…….8
  6. Монтаж вантовых
    покрытий ………………………………………..…….9
  7. Мониторинг конструкций
    вантового покрытия…………………..……11
  8. Приложение………………………………………………………..……….15
  9. Доклад……………………………………………………………………….16
  10. Тест………………………………………………………………………….19
  11. Список литературы…………………………..………..………….………20

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  1. Общие
    сведения о вантовых
    покрытиях.

     В
сооружениях, где надо перекрывать 
без промежуточных опор большие 
площади, весьма эффективны висячие 
покрытия. Такие покрытия могут применяться 
для производственных и гражданских 
зданий разнообразного назначения и 
различного сечения в плане (прямоугольное,
круглое и овальное). Крытые стадионы,
цирки, рынки, выставочные залы часто 
имеют такую конструкцию покрытия,
так как висячие покрытия выгодны 
по расходу материалов на единицу 
перекрываемой площади и отличаются
невысокой трудоемкостью при 
возведении.

     Висячие
покрытия выполняют в виде преднапряженных
оболочек из сборно-монолитного железобетона,
вант, вантовых ферм и стальных мембран.

     Висячей
оболочкой называют монолитное или 
сборное с последующим замоноличиванием
железобетонное покрытие, опертое на систему
висячих вант. В период возведения такой
оболочки рабочими элементами ее пролетной
конструкции служат стальные канаты. После
замоноличивания в эксплуатационной стадии
оболочка работает совместно с вантами.

     Байтовая 
система и висячая оболочка опираются 
на опорный контур, воспринимающий
на себя горизонтальные и вертикальные
реакции пролетной конструкции.
Опорный контур висячего покрытия может 
быть замкнутым. Висячие растянутые
элементы в этом случае крепят к 
жестким опорным конструкциям, которые 
могут быть выполнены в виде опорного
замкнутого контура (кольцо, овал, прямоугольник),
передающего усилия через колонны 
или через контурные наклонные 
рамы или арки на фундаменты. Распор
(горизонтальные реакции) пролетной 
конструкции погашается внутри опорного
контура и на нижележащую часть 
сооружения передаются только вертикальные
нагрузки.

     Если 
опорный контур не замкнут, то усилия
распора передаются через подкосы,
контрфорсы, оттяжки с анкерами и 
т. д. на фундаменты. Эти элементы испытывают
значительные усилия от распора вант
и требуют соответственно большего
расхода материалов. Системы с 
замкнутым контуром, поэтому являются
более экономичными.

     

     Вантовые 
висячие покрытия образуются системой
гибких или жестких нитей, опорным 
контуром или системой опор и ограждением.
Наиболее рационально устройство для 
висячих вантовых покрытий внешнебезраспорных
замкнутых опорных контуров. В этом случае
силы натяжения воспринимаются в уровне
закрепления в контуре растянутых несущих
вант. Возможны и другие способы передачи
усилий от вант — на мощные железобетонные
пилоны, на конструкции трибун или примыкающих
объемов.

     Висячие
покрытия с гибкими вантами требуют 
дополнительных мероприятий по их стабилизации
и повышению жесткости. Для их
применения создают специальную 
форму покрытия, обычно седловидную,
или пригружают покрытие, или вводят в
него дополнительные достаточно жесткие
конструкции. Седловидная форма покрытия
достигается применением двух типов нитей
— несущих и напрягающих, имеющих кривизны
разных знаков. Напрягающие ванты создают
дополнительные напряжения в несущих
вантах, которые благодаря этому становятся
менее чувствительными к неравномерным
и ветровым нагрузкам.

     Применение 
вместо гибких тросов жестких вант
из прокатных профилей, обладающих
значительной изгибной жесткостью, позволяет 
не проводить специальных мероприятий 
по стабилизации покрытий. Ограждением 
покрытий могут служить утепленные
плиты на металлическом или деревянном
каркасе, тенты или железобетонные
плиты, в последнем случае замоноличивание
швов между плитами позволяет создать
жесткие висячие железобетонные оболочки,
хорошо сопротивляющиеся ветровым и неравномерным
нагрузкам.

     

  1. Виды 
    вантовых покрытий
  2. Прямоугольные
    в плане системы

     В
таких зданиях применяют системы 
из параллельных вант или вантовых
ферм; поверхность оболочки имеет 
цилиндрическую форму. Ванты или 
фермы опираются на продольные балки,
которые передают усилия на опорные 
рамы с анкерами или на контрфорсы.
Огромные растягивающие усилия для 
прямоугольных зданий обычно воспринимаются
дополнительными вышосными анкерными
опорами. Для исключения взаимного смещения,
обеспечения пространственной жесткости
в прямоугольном здании обычно применяют
систему взаимно перпендикулярных вант,
шарнирно соединенных в узлах. В качестве
контрфорсов целесообразно использовать
смонтированные в здании конструкции,
как, например, поперечные стены боковых
пристроек.

     Предварительно 
напряженные железобетонные висячие 
оболочки сооружают в следующей 
последовательности: выполняют замкнутый 
опорный контур, к нему крепят ортогональную 
сетку из стальных канатов, по которым 
затем укладывают железобетонные плиты.
Для исключения появления растягивающих 
напряжений в оболочке осуществляют
дополнительное натяжение канатов 
с усилием, которое должно превышать 
на 25% суммарную нагрузку от собственной 
массы покрытия и полезной нагрузки.
После замоноличивания швов между плитами
и набора бетоном необходимой прочности
оболочка начинает работать как пространственная
система.

     Технологическую
последовательность возведения предварительно
напряженной вантовой оболочки рассмотрим
на примере сооружения с пролетом
48 м. Висячие ванты образуют поверхность 
двоякой кривизны. Ванты закрепляют
к опорному контуру и по ним 
укладывают сборные железобетонные
плиты размером 2,4 * 2,4 м, швы между плитами
замоноличивают. Байтовая система из спаренных
канатов диаметром 52,5 мм образована пересекающимися
под прямым углом канатами, соединенными
в местах пересечения металлическими
накладками на болтах. Для крепления к
опорному контуру и возможности натяжения
на концах канатов устанавливают гильзоклиновые
зажимы.

     

     Доставленные 
на объект ванты объединяют попарно,
к ним прикрепляют вертикальные
подвески. Поднимают ванты при 
синхронной работе двух кранов с применением 
траверс специальной конструкции
(рис. 1). Концевые участки объединенных
вант с гильзоклиновыми зажимами
заводят в отверстия железобетонного 
контура и после монтажа всех
вант осуществляют их натяжение ступенями,
в определенной последовательности,
исключающей перегрузку контура. После 
натяжения и геодезической выверки 
канаты соединяют в местах пересечения 
и осуществляют натяжение вертикальных
подвесок. Только после этого в 
квадратные ячейки, образованные вантами,
монтируют железобетонные плиты, имеющие 
по два опорных элемента на каждой
стороне. Для соединения канатов 
в узлах и укладки железобетонных
плит для рабочих используют передвижные 
мостики и автовышки.

     В
швы между плитами укладывают
арматуру. Перед замоноличиванием швов
ванты вновь натягивают гидравлическими
домкратами, чем создают требуемое предварительное
натяжение вантовой системы. После достижения
бетоном проектной прочности вертикальные
подвески снимают. Смонтированная система
включается в самостоятельную работу,
приходит время устраивать кровельное
покрытие.

     Системы
могут быть однопролетными или многопролетными.
Последние более экономичны, так 
как опорные конструкции располагаются 
только по внешним опорным осям системы 
и их влияние на общий расход материалов
системы уменьшается.

     Промежуточные
стойки целесообразно проектировать 
с шарнирным закреплением в фундаментах,
качающимися, чтобы при неравномерной
нагрузке в пролетах на стойку не передавались
горизонтальные усилия.  

  1. Системы
    эллиптические или 
    овальные

     Для
них обычно применяют системы 
перекрестных вант или вантовых ферм.
Они могут быть разнообразны по очертанию 
и кривизне поверхности и по конструкции 
опорных элементов.

     

     После
укладки и закрепления сверху
вант или вантовых ферм элементов 
покрытия образуется единая висячая 
монолитная конструкция, работающая как 
единое целое только после проектного
натяжения вантовой сети и замоноличивания
швов между плитами и вантами.

     Висячая
оболочка подвергается значительному 
растяжению, поэтому в ней могут 
возникнуть трещины. Для уменьшения
деформаций  покрытия  и  во 
избежание  появления трещин оболочку
обычно предварительно напрягают следующими
способами:

    • натяжением домкратами
      на затвердевший бетон оболочки; в этом
      случае ванты располагают в каналах или
      гибких трубках и после натяжения каналы
      заполняют раствором под давлением;
    • натяжением пригрузкой
      с передачей усилий на опорную конструкцию; 
      груз укладывают на незамоноличенные
      плиты или подвешивают к покрытию снизу.
      Оболочка сжимается после достижения
      бетоном замоноличивания необходимой
      прочности.

     Для
оболочек и опорных конструкций 
используют бетон класса В15…В35, для 
плиты оболочки — не ниже В25. Для 
вант применяют арматурные стержни 
периодического профиля, упрочненные 
вытяжкой, арматурные пучки и пряди 
из высокопрочной проволоки, стальные
канаты. 
 
 

     

     

  1. Круглые
    в плане системы 

     Для
них используют радиально расположенные 
в плане ванты или вантовые
фермы. При равномерной, осесимметричной
нагрузке на покрытие они не вызывают
изгиба в сжатом наружном кольце и оказываются
весьма эффективными по своим технико-экономическим
показателям благодаря полному использованию
специфики материалов — растянутые ванты
и сжатое опорное кольцо. В круглых в плане
зданиях идет взаимное погашение усилий
в наружном опорном кольце, которое и рассчитано
на сжимающие усилия. Для тех же целей
в круглых зданиях применяют вантовые
фермы, состоящие из несущих и стабилизирующих
вант, соединенных в пространственную
систему стойками с шарнирными узлами
примыкания.

     Круглые
системы можно проектировать 
однопролетными или многопролетными в
виде двух и более концентрических окружностей
в плане. Промежуточные опорные кольца
работают на разность усилий, передаваемых
вантами смежных кольцевых пролетов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  1. Монтаж 
    вантовых покрытий

     Как
правило, ванты натягивают на замкнутое 
железобетонное кольцо, опирающееся 
на колонны. Кольцо полностью воспринимает
горизонтальные нагрузки и исключает 
возникновение изгибающих напряжений
в колоннах.

     Как
упоминалось ранее помещения, перекрываемые 
вантовыми конструкциями, в плане 
могут быть прямоугольными, овальными 
или круглыми, а ванты — располагаться 
параллельно, радиально или перекрестно 
по главным направлениям поверхности 
оболочки. В качестве вант могут 
быть использованы стальные стержни, пряди 
или канаты, в том числе объединенные
для удобства установки в фермы.

Вантовые покрытия (расчет и конструирование). Дмитриев Л.Г., Касилов А.В. 1974 | Библиотека: книги по архитектуре и строительству

Вантовые покрытия (расчет и конструирование)
Дмитриев Л.Г., Касилов А.В.
Издательство «Будiвельник». Киев. 1974
272 страницы

Содержание: 

В книге изложены основные метода расчета и принципы конструирования вантовых покрытий, образованных системой гибких нитей и жестким опорным контуром. Анализируются конструктивные схемы покрытий и тенденции их развития. Значительное место уделено вопросам статического и динамического расчета покрытий, алгоритмам, ориентированным на использование ЭВМ. Развиты вопросы оптимального проектирования вантовых покрытий на основе методов математического программирования. Методы расчета иллюстрированы числовыми примерами, принципы конструирования сопровождаются решениями из практики проектирования и строительства вантовых систем в СССР и за рубежом. Книга рассчитана на инженерно-технических и научных работников проектных и научно-исследовательских организаций, а также может быть полезна студентам строительных вузов и факультетов.

Предисловие

Глава I. Общие сведения о вантовых покрытиях
§ 1. Основные понятия и определения
§ 2. Типы вантовых покрытий. Их свойства и особенности
§ 3. Принцип формообразования вантовых покрытий с ортогональной структурой сети на гиперболическом параболоиде
§ 4. Равнопрочные структуры сетей вантовых покрытий
§ 5. Обеспечение предварительного натяжения вантовых покрытий

Глава II. Основные зависимости напряженно-деформированного состояния вантовых покрытий
§ 1. Понятия о нелинейно-деформируемых и мгновенно-жестких системах
§ 2. Кинематический анализ геометрически нелинейных систем
§ 3. Пологие гибкие нити
§ 4. Радиальные системы
§ 5. Перекрестные сети из двух семейств нитей
§ 6. Вантовые сети произвольной структуры
§ 7. Вантовые фермы
§ 8. Непологие вантовые системы произвольного вида

Глава III. Статический расчет вантовых покрытий
§ 1. Общие положения
§ 2. Вантовые системы с одним нелинейным параметром
§ 3. Вантовые системы с двумя нелинейными параметрами
§ 4. Вантовые системы со многими нелинейными параметрами
§ 5. Расчет бортового элемента и учет его податливости
§ 6. Расчет вантовых систем по заданным напряжениям

Глава IV. Вопросы проектирования оптимальных вантовых систем
§ 1. Постановка задач оптимизации
§ 2. Синтез гибкой нити
§ 3. Задача расчета оптимальной вантовой сети шестиугольной структуры
§ 4. Определение оптимальных параметров вантовых ферм
§ 5. Экстремальные принципы определения параметров вантовых сетей
§ 6. Определение оптимальной последовательности натяжения вант сети с контуром малой изгибной жесткости
§ 7. Компоновка конструкции из ограниченного числа различных сборных элементов

Глава V. Динамика вантовых покрытий
§ 1. Особенности динамического расчета вантовых покрытий
§ 2. Колебания линейно-деформируемых вантовых систем
§ 3. Колебания нелинейно-деформируемых вантовых систем
§ 4. Динамика вантовых непологих систем произвольного вида
§ 5. Динамика вантовых систем один раз статически неопределимых

Глава VI. Программирование расчета вантовых покрытий
§ 1. Использование ЭВМ при проектировании вантовых покрытий
§ 2. Программы расчета вантовых ферм
§ 3. Программы расчета пологих вантовых сетей и систем
§ 4. Программа расчета геометрически нелинейных шарнирно-стержневых систем с большим количеством неизвестных

Глава VII. Вопросы конструирования вантовых покрытий
§ 1. Материалы, применяемые для вантовых покрытий
§ 2. Концевые крепления вант
§ 3. Узлы примыкания вант к бортовым элементам
§ 4. Узлы пересечения вант в пролете
§ 5. Плиты покрытий

Глава VIII. Примеры вантовых покрытий из практики проектирования и строительства
§ 1. Покрытия прямолинейного очертания в плане
§ 2. Покрытия криволинейного очертания в плане
§ 3. Покрытия комбинированного очертания в плане

Литература

Интерес к вантовым покрытиям, проявляемый со стороны инженеров-исследователей, проектировщиков и строителей, с годами не ослабевает. Этому способствуют не только экономические достоинства таких покрытий, но и наличие развитых методов расчета и приемов конструирования, положительный опыт строительства многих оригинальных сооружений в СССР и за рубежом.

За шесть лет, прошедших после выхода первого издания данной книги, предложено много рациональных схем вантовых покрытий, значительно углублены исследования их статических и динамических свойств, развиты существовавшие методы расчета, решены новые задачи. Большие успехи достигнуты в исследовании кинематических свойств вантовых систем, в использовании ЭВМ, предприняты положительные попытки решения задач оптимального проектирования.

В данной книге рассматриваются вантовые покрытия, образованные в пролете системой гибких нитей и жестким опорным контуром. Для этой широко распространенной группы висячих покрытий авторы изложили основные вопросы, связанные с их проектированием в современных условиях. Содержание книги соответствует следующим основным направлениям исследования и проектирования вантовых покрытий.

1. Выбор конструктивной схемы вантового покрытия и ее анализ. Вопросы этого направления в основном освещены в гл. I, На основе предлагаемой классификации рассматриваются возможные конструктивные схемы покрытий, их свойства и особенности. Приводятся общие принципы проектирования и обеспечения предварительного напряжения вант. На примерах принципиально новых схем характеризуется общая тенденция развития вантовых покрытий.

Рациональному выбору конструктивной схемы во многом помогает опыт проектирования и строительства вантовых покрытий. Некоторые примеры их помещены в гл. VIII и отражают главным образом опыт СССР. С другими примерами читатель может ознакомиться в работах и др.

2. Исследование напряженно-деформированного состояния вантовых систем. Основное свойство вантовых систем, помимо нелинейной зависимости деформаций от напряжений, заключается в том, что они принимают очертание (равновесную конфигурацию) в зависимости от геометрических и статических условий. В связи с этим в гл. II рассматриваются мгновенно-жесткие системы различных рангов изменяемости. Кинематический анализ позволяет более осмысленно подойти к выводу уравнений напряженно-деформированного состояния систем в декартовых и криволинейных координатах. Расчетные схемы рассматриваются в основном в виде пологих и непологих шарнирно-стержневых систем.

3. Методы решения уравнений. Это направление примыкает к предыдущему и связано с решением нелинейных уравнений напряженно-деформированного состояния вантовых систем. Хотя методы решения основываются на общематематических предпосылках, прямое применение последних не всегда возможно. Поэтому применяют различные модификации методов, основанные на использовании особых свойств вантовых систем. Освещенные в гл. III численные и аналитические методы доведены до численных приложений. В целях облегчения понимания сути примеры рассматриваются в упрощенной постановке и носят иллюстративный характер. Учитывая, что в практике проектирования расчет вантовых систем производится на ЭВМ, в гл. VI помещены блок-схемы алгоритмов, описание программ для ЭВМ и рекомендации по их применению. Здесь же кратко освещены вопросы использования ЭВМ не только для выполнения расчетов, но и для проектирования в более широком смысле.

4. Оптимальное проектирование вантовых покрытий. На наш взгляд, это наиболее интересное направление, ибо оно объединяет почти все вопросы расчета и конструирования, решаемые современными математическими методами. В гл. IV отражены общие положения оптимального проектирования и ряд частных задач.

5. Динамика вантовых систем. Необходимость учета динамических характеристик для вантовых покрытий очевидна, однако практическое решение задач этого направления затрудняется в связи с нелинейными свойствами их. Предлагаемые методы динамического расчета (гл. V) даны в нелинейной постановке и основываются на теоремах аналитической механики. Применяются асимптотические методы и методы, связанные с преобразованием функций Лагранжа к специальному виду.

6. Конструирование вантовых покрытий. Конструктивные решения узлов и отдельных элементов в полной мере должны обеспечивать условия работы, предопределенные статической схемой покрытия. Здесь пока не существует однозначных правил и все рекомендации сводятся к разработке набора приемов конструирования, иллюстрированных принципиальными решениями. В таком духе и освещается материал гл. VII. Приведенный анализ конструкций узлов и элементов позволит обоснованно выбрать материал, тип анкеров и т. п. Многие из решений применяются в реальных объектах.

Конструкции зданий и сооружений

Металлические конструкции

Висячие, вантовые и пневматические конструкции

Дмитриев Л.Г.

Касилов А.В.

Скачать книгу: Вантовые покрытия (расчет и конструирование). Дмитриев Л.Г., Касилов А.В. 1974

Вантовые конструкции PFEIFER, краткий каталог конструктивных решений

Вантовыми называют висячие конструкции, у которых есть такой несущий элемент, как ванты — прямолинейные растянутые стержни. В качестве вантов используют различные материалы, чаще всего стальные канаты, тросы или круглый прокат.

 

Сфера применения вантовых конструкций

 

Вантовые конструкции используются в строительстве различных зданий и сооружений, мостов и пролетов. Сегодня они особенно популярны при строительстве спортивных комплексов, торговых центров и других подобных зданий, где основная цель — уменьшить количество внутренних перегородок. Яркий пример — Большой Обуховский мост в Санкт-Петербурге, который жители уже привыкли называть по типу его конструкции — Вантовый.

 

Сооружения с большими пролетами

 

Наши предварительно напряженные системы перечеркивают старые представления о размерах традиционных сооружений. Без труда можно перекрывать большие и даже очень большие пролеты.

 

 

Полный каталог вы можете скачать по этой ссылке (загрузить PDF)

 













































Серия PEСерия PG
Используемые канаты:Используемые канаты:

1×19

1×37

1×19

1×37

1×61

1×91

1×61

 

Канат изготовлен по EN 12385, материал — нержавеющая сталь.

Подробные характеристики:

Канат изготовлен по EN 12385, материал — GALFAN.

Подробные характеристики:

   
Совместимые ФИТИНГИСовместимые ФИТИНГИ
Type 981Type 980

Модуль эластичности каната: 130±10 кН/мм2

Точность диаметра каната (ds) +3%

Фитинг имеет гальваническое покрытие (Zi/Ni по DIN 50979) включая резьбовые части. Покрытие создано в соответиствии с DIN EN ISO 1461.

Технические характеристики:

Технические характеристики:

      
Type 985Type 984
 Фитинг имеет гальваническое покрытие (Zi/Ni по DIN 50979) включая резьбовые части. Покрытие создано в соответиствии с DIN EN ISO 1461.
Технические характеристики:Технические характеристики:
      
Type 989Type 988
Технические характеристики:Технические характеристики:
      
Type 983Type 982
Технические характеристики:Технические характеристики:
      
Серия PV
Используемые канаты:   
VVS-1

Спецификации канатов:

Закрытый канат со слоем Z-образных проволок (VVS-1 один слой проволок, VVS-2 два слоя, VVS-3 три слоя).

Материал — нелегированная высококачественная сталь.

Точность по диаметру (ds): +3%.

Защита от коррозии: внутренние слои — гальваническое покрытие с заполнением, внешние слои — покрытие GALFAN без заполнения.

VVS-2
VVS-3
Совместимые фитинги
 Type 802Технические характеристики

Материал — высококачественная сталь.

Защита от коррозии — горячее цинкование на 80 нм в соответствии с DIN EN ISO 1461, либо гальванизирован напылением.

      
 Type 801     
      
      
      

Висячие конструкции (вантовые, мембранные), пневматические и тентовые покрытия.


⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 8Следующая ⇒

Висячими называются конструкции, в которых основные несущие элементы, перекрывающие пролет здания или сооружения, испытывают растяжение. Несущие элементы ЭТИХ конструкций могут быть двух видов — висячие и вантовые, по названию которых различают типы сооружений.Основным несущим элементом для висячих покрытий могут служить металлические канаты, тросы или, как обычно их называют, ванты; металлические полосы и целые листы, металлический прокат, синтетические и другие материалы.

Вантовые (подвесные) конструкции отличаются от висячих тем, что помимо растянутых нитей в покрытии имеются жёсткие элементы, работающие на изгиб, на которые укладываются ограждающие конструкции, включающие настил и элементы кровли.

Висячие и вантовые конструкции позволяют перекрывать пролёты более 200 м, однако обычно диапазон перекрываемых пролётов составляет 50…150 м.

К достоинствам висячих и вантовых конструкций относится:

— эффективное использование в растянутых элементах всей площади сечения при восприятии нагрузок, поэтому применение высокопрочных сталей позволяет существенно уменьшить расход стали;

— при монтаже, как правило, не требуется устройство лесов, подмостей, что облегчает процесс возведения покрытия;

— хорошая транспортабельность, поскольку гибкие канаты, ленты могут быть свернуты в бухты, рулоны;

— возможность перекрытия больших пролётов, при этом с увеличением пролёта эффективность по отношению к другим вариантам покрытий возрастает;




— разнообразие конструктивных форм покрытий обеспечивает вариативность архитектурно-композиционных решений;

— благоприятные в большинстве случаев условия акустики, видимости,

освещения.

К недостаткам висячих и вантовых конструкций относится:

— повышенная деформативность, в особенности висячих систем; где в большинстве случаев для стабилизации положения нитей требуется предварительное напряжение;

— необходимость устройства опорных контуров для восприятия распора несущих растянутых элементов;

— трудности (в отдельных случаях), в устройстве водоотвода.

Основные виды висячих конструкций: однопоясные покрытия; двухпоясные, в том числе тросовые фермы в виде тросовых сеток; мембранные.

Вантовые подвесные конструкции состоят из растянутых прямолинейных несущих тросов, канатов и т.д. и жестких элементов, в том числе балок, стоек и т.д. Поскольку ванты прямолинейны, они могут быть выполнены из стержней, профилей полос…

Наиболее простое и распространенное покрытие – вантово-балочное, в котором балка жесткости поддерживается вантами в одной или нескольких точках. Наклонные ванты расходятся лучами из верхних точек пилонов или идут параллельно друг другу по схеме «арфа».

Покрытия, пролетная часть которых образована сетью несущих гибких нитей * (вант) с последующей укладкой на нее ограждающих элементов без обеспечения совместной работы их между собой и с опорным контуром, называют вантовыми.

Они являются наиболее характерными представителями висячих покрытий и по существу занимают промежуточное положение между чисто висячими и традиционными схемами покрытий.



В вантовых покрытиях чаще всего применяют гибкие нити в виде элементов с пренебрежимо малой жесткостью на изгиб и кручение, с равномерным распределением напряжений растяжения в сечениях, нормальных к их продольным осям.

Вантовые покрытия, как и все висячие, являются распорными. Опорный контур их (бортовой элемент) в виде замкнутого кольца, квадрата и т. д. или отдельных разомкнутых элементов воспринимает распоры чаще всего в уровне покрытия и конструируется из жестких элементов, способных работать на сжатие, изгиб или кручение. Восприятие распора от пролетной части покрытия также возможно при помощи оттяжек, заанкеренных в грунт, или контрфорс. Иногда распор воспринимается так называемым гибким контуром, где отсутствуют напряжения изгиба и кручения.

К вантовым покрытиям можно отнести так называемые тканевые оболочки из хлопчатобумажных и синтетических материалов.

Ткань, представляющая собой сеть, образованную двумя семействами взаимно пересекающихся гибких нитей, при значительном увеличении количества нитей и соответствующем уменьшении расстояния между ними, является ограждающей и несущей конструкцией и отличается от обычных мембран отсутствием касательных напряжений.

Покрытия, пролетная часть которых состоит из гибких вант и жестких элементов, работающих на изгиб, называют комбинированными висячими. Жесткие элементы в комбинированных покрытиях способствуют распределению сосредоточенных и неравномерных нагрузок на значительное количество несущих гибких вант.



Мембранные покрытия представляют собой однослойные сплошные покрытия, состоящие из листов или полос, раскроенных и соединенных так, что они образуют заранее заданную поверхность одинарной или двоякой кривизны. Мембранное покрытие сочетает в себе несущие и ограждающие функции, что является достоинством по отношению к другим видам висячих конструкций, однако большая поверхность открытого металла приводит к малой огнестойкости всего покрытия, а возможность коррозии вынуждает принимать толщину стального листа 4…5 мм, хотя по условию прочности часто достаточно 1…2 мм. В зависимости от метода возведения мембранных покрытий их разделяют на два типа: ленточные покрытия и мембранные оболочки. Ленточные покрытия образуются из отдельных, не связанных между собой лент и работают подобно однопоясной вантовой конструкции. К этому типу относят также более жесткие системы из переплетенных в двух взаимно перпендикулярных направлениях лент. В мембранных оболочках отдельные ленты при помощи сварки, высокопрочных болтов или клепки сопрягаются в сплошную пространственную конструкцию, способную воспринимать сдвигающие усилия. Благодаря этому мембранные оболочки обладают большей несущей способностью и жесткостью но сравнению с ленточными мембранами, требуют меньшего расхода материала на пролетную конструкцию. В Советском Союзе мембранные покрытия применены на нескольких олимпийских объектах в Москве. Так, ими покрыт главный крытый Олимпийский стадион на проспекте Мира. Здесь мембранное покрытие использовано совместно с провисающими фермами, расположенными радиально над овальным контуром стадиона. Они предназначены для монтажа мембран и придания жесткости покрытию.

Пневматическими конструкциями называют мягкие оболочки, несущие функции которых обеспечиваются воздухом, находящимся внутри них под некоторым избыточным давлением. Материалом для таких покрытии служит воздухонепроницаемая ткань, синтетическая обычно армированная, пленка.

Большие преимущества пневматических конструкций перед другими видами покрытий заключаются в небольшом весе и объеме, которые они имеют в ненадутом воздухом состоянии. Это значительно облегчает их транспортировку и монтаж, который проводится без сложного строительного оборудования.

Все пневматические конструкции покрытий можно разделить на две резко различающиеся между собой группы: на воздихоопорные оболочки и воздухонесомые покрытия. Избыточное давление воздуха у первых находится под покрытием, а у вторых оно находится только в несущих пневмобаллонах.

Воздухоопорные оболочки чаще всего применяют цилиндрической или сферической формы.Воздухонесомые покрытия — это пневмокаркасы, пневмоматы и пневмо-линзы. Крепление воздухоопорной оболочки к основанию выполняется несколькими способами. На ленточных бетонных фундаментах крепление оболочки удобнее всего выполнять, используя прижимные пластины, надежно скрепленные с фундаментом. Временноеодноразовое крепление оболочки к грунту выполняется анкерми в виде штырей, штопоров и винтовых сваи в зависимости от размеров сооружения. Все эти анкеры имеют сверху проушины, через которые производится привязка к ним силового пояса оболочки. Из воздуупнрспмых ПНЕВМАТИЧЕСКИХ конструкций чаще всего применяют конструкции пневмоарочные. Они состоят из баллонов, наполнненных воздухом с избыточным давлением до 100 кН/м2, Которые служат несущими конструкциями для водонепроницаемой ткани самого покрытия.

Натяжение тентов производится подтягиванием оттяжек, заанкеренных в грунт, накладных тросов, тросов-подборов и т. П.

Тентовые покрытия обычно приме­няются для временных сооружений. Состоят они из мягкой водонепрони­цаемой ткани, которая натягивается, закрепляясь одними концами за возвы­шающиеся опоры, другим — за анкеры в грунте или за оттяжки, за тросы­подборы и т. п. По своей статической работе тенты очень близки сетчатым, предварительно напряженным ванто­вым покрытиям, с той только разни­цей, что вантовые сетки из металличе­ских канатов могут выдержать значи­тельно более высокие напряжения, чем ткань из хлопчатобумажных или син­тетических нитей. Поэтому и пролеты, которые могут перекрыть такие тенты, существенно меньше, чем пролеты сет­чатых вантовых покрытий, и редко пре­восходят 10 м. Они представляют собой криволиней­ные поверхности (гипары), седловид­ныe поверхности и др. Тент может быть натянут и на многопролетный каркас с наклонными стойками. Такой тент в своей верхней части опирается на опорный трос, соединяющий верши­ны противостоящих наклонных стоек, а в нижней части прижимается накладным тросом.

Тент может иметь сложную поверх­ность, например, состоящую из взаимно пересекающихся гипаров, причем сами линии пересечения, если нет соот­ветствующих накладных тросов, могут быть размытыми, т. е. округленными. При таком решении концы тента не обязательно должны доходить до уровня грунта, а могут заканчиваться оттяжками, концы которых на некото­ром, расстоянии от покрытия были бы заанкерены в грунт.





⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒






Покрытие шести миль стального моста с высокой эффективностью

Когда вам нужно защитить сталь от коррозии для вантового моста протяженностью более трех миль, необходимо покрыть большое количество стали. От балок до поперечных рам и соединительных пластин — все должно быть защищено, чтобы обеспечить длительный срок службы конструкции. А поскольку технически проект предусматривал строительство двух трехмильных мостов, эффективность нанесения покрытий была абсолютной необходимостью для того, чтобы проект не сбивался с пути.

Так было в случае компаний W&W/AFCO Steel LLC и Canam-Bridges, когда они покрывали многочисленные стальные балки и опорные конструкции для нового двухпролетного моста губернатора Марио М. Куомо в Тэрритауне, штат Нью-Йорк. Их усилия принесли команде проекта, ответственной за определение, поставку и нанесение покрытий для моста, награду Эрика С. Клайна 2020 года от SSPC. Награда присуждается за выдающиеся достижения в работе по нанесению промышленных покрытий в условиях стационарного цеха. Среди других членов команды, отмеченных наградами, были владелец проекта Управление автомобильных дорог штата Нью-Йорк, менеджер по дизайну HDR Inc. и производитель покрытий Sherwin-Williams Protective & Marine.

Мост губернатора Марио М. Куомо был завершен в 2018 году, заменив оригинальный мост Таппан Зи. Самый длинный мост в штате Нью-Йорк, он охватывает одну из самых широких частей реки Гудзон между округами Рокленд и Вестчестер, менее чем в 20 милях к северу от Нью-Йорка. Обширный мост имеет общую длину 16 368 футов — более трех миль — для каждого из пролетов в восточном и западном направлениях, что создает необходимость покрытия более шести миль стали.

Применение вне площадки и выбор покрытий обеспечивают эффективность

 

Из-за огромного количества стали, используемой на мосту, и сложностей с логистикой, связанных с нанесением покрытий на месте, большая часть работ по нанесению стальных покрытий выполнялась за пределами площадки в условиях цеха, чтобы обеспечить эффективное и точное нанесение, которое поддерживало проект. расписание. Специалисты W&W/AFCO Steel и Canam-Bridges покрыли стальные объекты, в том числе многочисленные стальные балки типичных размеров от 12 до 14 футов в высоту и от 90 до 120 футов в длину, используя трехслойную высокоэффективную систему покрытия от Sherwin. -Williams Protective & Marine. Система включает эпоксидный грунт с высоким содержанием органического цинка Zinc Clad® III HS, промежуточный слой Macropoxy® 646 и верхний слой Acrolon™ 218 HS. Эта система из органического цинка/эпоксидной смолы/полиуретана была выбрана в первую очередь на основе спецификаций Департамента транспорта штата Нью-Йорк и способности системы обеспечить ожидаемый срок службы 25 лет и более. Аппликатор также предпочел эту систему из-за ее эффективности, связанной с простотой нанесения покрытий, а также их быстрым высыханием и временем повторного нанесения.

Монтажники сначала подготовили стальные балки к SSPC-SP10/NACE NO. 2 Стандарт пескоструйной очистки практически белого металла. Затем независимая инспекционная группа немедленно проверила подготовку поверхности, чтобы можно было начать работы по нанесению покрытия как можно быстрее. Затем аппликаторы нанесли полосой слой грунтовки Zinc Clad III HS с помощью кистей, чтобы нанести покрытие на труднодоступные участки, прежде чем наносить распылением полный слой грунтовки на всю стальную поверхность с толщиной сухой пленки (DFT) от 3 до 5 мил. Выбор грунтовки с органическим цинком вместо грунтовки с неорганическим цинком улучшил время высыхания и повторного нанесения, сократил время нанесения полосового покрытия и ускорил контроль. Грунтовка с органическим цинком высыхала достаточно быстро, чтобы нанести повторное покрытие через 30–60 минут, что позволяло пользователям сразу после проверки переходить к промежуточному слою.

Для промежуточного слоя выбор Macropoxy 646 позволил наносить его методом «мокрый по мокрому» после полосового покрытия для повышения эффективности, а также возможность наносить более высокие ТСП в один слой. Более высокое требование к толщине пленки имело важное значение, так как в некоторых областях требовалось от 6 до 10 милов толщины пленки для дополнительной прочности, в том числе на внешней стороне фасциальных балок и в специально отведенных зонах с высокой степенью коррозии, где концы балок и стыки могут подвергаться более высокому воздействию дождевой воды, соли и других агрессивных веществ. элементы, мигрирующие вниз с настила мостика. На другие участки нанесли только слой ТСП толщиной от 3 до 5 мил. Время высыхания составляло около четырех часов для более низких ТСП и примерно восемь часов для более толстых слоев, что позволяло быстро проводить проверки промежуточного покрытия и нанесения верхнего покрытия.

Финишный слой Acrolon 218 HS был нанесен с толщиной сухой пленки 3-5 мил. Разработанный для использования в цеху, быстросохнущий акриловый полиуретан высыхает на ощупь примерно за один час, а с ним можно работать примерно за девять часов, что помогает монтажникам быстро закончить каждую стальную балку. В целом, каждая балка проходила через цех примерно за полтора-два дня, обеспечивая своевременную доставку стали с покрытием на строительную площадку на протяжении всего строительного проекта. Кроме того, верхнее покрытие обеспечивает превосходное сохранение цвета и блеска при экспонировании на открытом воздухе в различных климатических условиях. Эти эстетические свойства в сочетании с базовыми свойствами защиты от коррозии, присущими другим покрытиям, помогут мосту сохранять великолепный внешний вид в течение 25 и более лет.

Все нанесенные покрытия проверялись на основе отраслевых стандартов после каждого этапа, при этом инспекторы проверяли правильность измерения ТСП и любые дефекты или эстетические проблемы. Затем специалисты по нанесению по мере необходимости вносили необходимые коррективы, которые были минимальными, прежде чем переходить к следующему слою или перемещать стальной элемент из цеха для транспортировки на стройплощадку после нанесения верхнего покрытия.

План сборки моста и покрытия на месте повышает безопасность

Нанесение покрытия на большую часть стали в цеху, а не после его возведения, позволило обеспечить более равномерное применение и тщательные проверки. Это также повысило безопасность за счет сведения к минимуму объема работ по нанесению покрытий, необходимых в более опасных полевых условиях при возведении моста.

Строитель-конструктор Tappan Zee Constructors еще больше повысила безопасность, используя модульную конструкцию для сборки больших секций конструкции моста на суше перед их перемещением на место с помощью огромного крана, способного поднимать до 1900 тонн. На этом этапе требовалось нанести покрытие на месте, а подрядчик по окраске Jag’d Construction Inc. подкрасил точки соединения и любые потенциальные повреждения покрытий, возникшие во время строительства. Области соединительных пластин были специально покрыты в цеху только грунтовкой Zinc Clad III HS для защиты стали от коррозии. На месте сборки компания Jag’d Construction сначала осмотрела плиты на наличие повреждений грунтовки и при необходимости произвела ремонт. После того, как стальные элементы были скреплены болтами, члены бригады наносили промежуточные и финишные покрытия на пластины, болты и гайки, используя комбинацию нанесения кистью и распылением. Сохраняющая способность покрытий Macropoxy 646 и Acrolon 218 HS к удержанию краев была критична здесь для обеспечения достаточного ТСП в точках соединения. Позже, когда секции моста были полностью смонтированы, аппликаторы заделывали дополнительные места соединений и повреждения покрытий.

Помогая поддерживать проект в рабочем состоянии, все покрытия можно наносить при температуре до 35°F. Эта возможность расширила календарь нанесения покрытий на месте, что позволило выполнить больше работ в поздние осенние месяцы.

Работа в команде и выбор покрытий обеспечивают эффективные результаты

 

В проекте такого масштаба, как мост губернатора Марио М. Куомо, сотрудничество и эффективность имеют решающее значение. Скоординированное участие и взаимодействие между производителем стали, командой проектировщиков, представителями владельца, строительной бригадой и поставщиком покрытий значительно облегчили группе продвижение вперед и соблюдение графика. Все знали, что чем раньше можно будет покрыть стальные балки и выставить их за дверь цеха, тем быстрее можно будет построить секции моста и добавить их к конструкции. Простота нанесения и быстрое высыхание выбранной системы покрытия как в цеху, так и в полевых условиях позволили специалистам по нанесению не отставать от графика благодаря своевременным поставкам стали с покрытием на рабочую площадку, а также ускоренному нанесению на месте.

сопутствующие товары

Вантовые мосты — Решения — midasBridge

Содержание

  • 1. Что такое вантовый мост?

    2. Элементы вантового моста

    3. Проектирование вантовых мостов

    4. Расчет конструкций вантовых мостов

1. Что такое вантовый мост?

Вантовый мост представляет собой вантовый мост, в котором одна или несколько опор установлены в середине моста, а балочные сегменты соединены с пилонами вантой. В вантовых мостах можно свободно проектировать форму пилонов, форму балок и расположение вант; поэтому могут применяться различные структурные системы. Например, регулировка натяжения канатных сил может уменьшить величину изгибающего момента фермы. Это позволяет сделать конструкцию более экономичной. Кроме того, для более эстетичного дизайна моста, подходящего для окружающей среды, можно спланировать различные варианты расположения тросов и формы пилонов. Однако, даже при различных конструктивных преимуществах, в прошлом было спроектировано и построено лишь небольшое количество вантовых мостов из-за ограничений в материалах и методах строительства. Сегодня появление высокопрочных тросов, совершенствование программного обеспечения для расчета конструкций, внедрение методов проектирования ветрозащитных конструкций с помощью испытаний в аэродинамической трубе и развитие технологий строительства поставили вантовые мосты, наряду с подвесными мостами, ответственными для будущего большепролетных мостов.

.

2. Компоненты вантового моста

Основные компоненты вантового моста:

  • Пилон/Башня

  • Балка/палуба

  • Вантовая опора

  • Кабельное крепление

  • Система поддержки

 

A. Пилон/Башня

Пилоны или башни служат для поддержки кабелей и передачи нагрузок, передаваемых по кабелям, на землю. Форма пилонов/башен может свободно планироваться в зависимости от формы вантов. Если вантовые опоры расположены в одной плоскости, можно использовать различные формы пилонов/башен, такие как одноколонные, А-образные, обратные Y-образные и ромбовидные. Если ванты расположены в двойной плоскости, можно использовать различные формы пилонов/башен, за исключением одноколонного типа. Наиболее характерные формы пилонов/башен показаны на рисунках ниже. Кроме того, пилоны имеют различные формы, чтобы подчеркнуть эстетику и обеспечить структурную целостность.

 

B. Балка/настил

Балки или настилы вантовых мостов могут быть спроектированы с использованием различных форм и материалов. Типичными примерами являются стальные балки, стальные составные балки и бетонные балки. В качестве альтернативы могут быть разные типы ферм для основного пролета и пролета подхода. Это часто используется для увеличения длины основного пролета за счет того, что бетон тяжелее стали. Форма фермы должна быть тщательно спланирована, потому что метод расположения тросов, расстояние между ними, конструкция анкеровки, метод расчета и метод строительства определяются тем, какой тип балки планируется.

 

  •  
Б-1. Стальная балка

Стальные фермы — один из старейших типов ферм, используемых на вантовых мостах. Эти типы балок и настилов полностью изготавливаются из стали. Форма балки изменяется для обеспечения жесткости на кручение и поперечной жесткости в соответствии с формой троса. Поскольку сталь легче бетона, стальные балки можно использовать для планирования мостов с большими пролетами. Тем не менее, стальные фермы должны быть проверены на изгиб, поскольку они неустойчивы к сжимающим силам, создаваемым вантами.

 

Коробчатая балка

Коробчатые балки состоят из нескольких ребер жесткости и замкнутого короба с одной или несколькими ячейками. Форма коробки имеет высокую жесткость на кручение, обеспечивая отличную аэродинамическую устойчивость. Кроме того, из-за его высокой жесткости на кручение он имеет свободу в отношении расположения тросов. Таким образом, размещение кабеля может быть свободно спланировано как одноплоскостное или двухплоскостное.

 

Двойная коробчатая балка

Сдвоенные коробчатые балки имеют короба на обоих концах балки, между ними расположены поперечные балки и несколько ребер жесткости. Двухплоскостное расположение тросов часто предлагается для крепления тросов к балке. Двухплоскостное расположение тросов подавляет деформацию тросов при кручении, поэтому форма двойной коробчатой ​​балки вместе с расположением тросов обеспечивает превосходную аэродинамическую устойчивость.

 

Б-2. Стальная композитная балка

После конца 19В 60-х годах использовались железобетонные или преднапряженные железобетонные пролеты, а на вантовых мостах начали внедрять стальные композитные балки. С точки зрения свойств материала сталь устойчива к растяжению, а бетон — к сжатию; поэтому правильный синтез этих двух материалов позволяет получить легкую и прочную балку.

 

Край I Балка

Балки

Edge I состоят из двух основных балок, расположенных на обоих концах, и ряда поперечных балок, косоуров, ребер жесткости и бетонных плит. Балки Edge I имеют относительно простую конфигурацию поперечного сечения, поэтому они относительно легкие и имеют низкое содержание стали, что делает их экономически выгодными. Однако, поскольку крепления открыты, требуется специальное техническое обслуживание. Кроме того, жесткость поперечного сечения на кручение и изгиб невелика, поэтому необходимо тщательно изучить аэродинамическую устойчивость, а также устойчивость к поперечному изгибу.

 

  • Рис. Край двутавровой балки

Двойная коробчатая балка

Сдвоенные коробчатые балки состоят из двух коробчатых балок, поперечных балок, ребер жесткости и бетонных плит. Коробчатые поперечные сечения имеют большую жесткость на кручение и изгиб, поэтому они обладают отличной аэродинамической стабильностью и устойчивостью к поперечному изгибу. Поскольку кабели закреплены внутри коробки, внутри коробки требуется достаточно места для установки и обслуживания.

 

Ферменная балка

Ферменные фермы состоят из главных балок ферменного типа и бетонных плит. Форма фермы позволяет собирать небольшие элементы вместе для достижения высокой жесткости. Отдельные элементы стропильных ферм относительно малы по сравнению с другими типами элементов, что делает их выгодными с точки зрения транспортировки, производства и строительства. При наличии достаточного места проезжую часть можно установить на верхнем и нижнем поясах.

 

  • Рис. Ферменная балка

Б-3. Бетонная балка

Бетонные балки обладают хорошей прочностью и прочностью на сжатие, что позволяет эффективно планировать сжимающие усилия в поперечном сечении для вант. Бетонная балка имеет более короткий пролет по сравнению со стальной балкой из-за ее большего веса. Бетонные балки должны учитывать поведение, вызванное усадкой, ползучестью и т. д. из-за свойств их материала. В первые дни бетонные балки не использовались для вантовых мостов, потому что во время строительства было много случаев отказа. В настоящее время активно ведется проектирование и строительство вантовых мостов с железобетонными балками в связи с разработкой новых вантовых систем, высокопрочных материалов и технологий строительства.

Краевая балка

Краевые балки состоят из основных балок, плит и поперечных балок на обоих концах балки. Поскольку анкерные крепления могут быть закреплены на обоих концах балки, можно использовать тросы в двух плоскостях. Высота балки небольшая, поэтому она имеет стройную форму. И крепление кабеля не открыто, поэтому имеет хороший внешний вид. Кроме того, благодаря характеристикам бетона краевые балки долговечны и просты в обслуживании. Однако с точки зрения характеристик формы балки жесткость на кручение и жесткость на изгиб невелики, и требуется аэродинамическая устойчивость.

 

Коробчатая балка

Коробчатая балка обладает преимуществами бетонных материалов. Кроме того, поскольку коробчатая форма имеет высокую жесткость на кручение, она обладает отличной аэродинамической стабильностью, а тросы могут располагаться в одной или двух плоскостях. Однако вес самой балки может увеличить размер подконструкции. Чтобы повысить экономическую целесообразность при использовании коробчатых балок, часть секций балки можно заменить стальными распорками или диафрагмами. Установив подкосы внутри и снаружи балок, вес балок можно уменьшить, что позволяет эффективно планировать поперечное сечение. Если установлены подкосы, дополнительно требуется детальный осмотр креплений и ландшафтов.

 

 

C. Вантовые опоры

Тросы, используемые на вантовых мостах, представляют собой натяжные элементы, которые не могут сопротивляться изгибу или сжатию, такие как канаты, провода и цепи, и могут выдерживать только осевое растяжение. Прочность на растяжение кабелей обычно составляет от 1600 до 1860 МПа, но с развитием технологий разрабатываются кабели с более высокой прочностью на растяжение.

 

С-1. LCS (замкнутая спираль)

Locked Coil Strand (LCS) состоит из скрученных по спирали проводов, составляющих центральный сердечник, и проводов трапециевидного или z-образного поперечного сечения, которые обвиваются снаружи в несколько слоев. Модуль упругости, прочность на растяжение и сопротивление усталости ниже, чем у других кабелей. Кроме того, LCS в настоящее время не используется из-за сложности предотвращения коррозии, а также дороговизны упаковки и транспортировки.

 

C-2. PWS (параллельная проволока)

Параллельная проволока (PWS) представляет собой параллельные проволоки, связанные вместе в форме круга или шестиугольника, покрытые полиэтиленом. Сечение тросов небольшое, что обеспечивает отличную аэродинамическую устойчивость. PWS производится в контролируемых средах, что упрощает контроль качества. А при наличии удобной транспортировки сроки строительства могут быть сокращены. Однако, поскольку пряди натянуты вместе как пучок, требуется тяжелый домкрат. Кроме того, поскольку система крепления является интегрированной, трудно проверить, повреждена ли система крепления.

 

С-3. MS (многожильный)

Multi Strands (MS) состоят из пучков прядей, состоящих из семи проволок. Кабели MS натягиваются по отдельности, поэтому требуется легкий тросовый домкрат. Кроме того, индивидуальная замена прядей относительно проста; однако, поскольку поперечное сечение троса относительно велико, аэродинамическая устойчивость становится неэффективной.

  •  

D. Крепление кабеля

 

D-1. Кабельные анкеры на балках

Тросовые анкеры, расположенные на балках, анкеруют тросы. В анкерных креплениях растягивающие усилия на тросах разделяются на горизонтальную и вертикальную составляющие, которые затем передаются на фермы. Горизонтальные составляющие растягивающих усилий создают осевые силы в балке, а вертикальные составляющие растягивающих усилий создают сдвигающие силы в балке. Структура анкерного крепления определяется различными способами, такими как расположение тросов (позиционное соотношение между поперечным расположением и главной балкой), количеством прядей, формой главной балки и системы плит, структурой крестовины тросов. — сечения, величины растягивающих усилий и способа выполнения и др.

 

 

Д-2. Анкерные крепления на пилонах

Крепления тросов пилонов/башен являются важными конструкциями, роль которых заключается в передаче локально сосредоточенных сил растяжения тросов непосредственно на пилоны/башни. Конструкция анкерных креплений учитывает различные ситуации, такие как расположение кабеля, форма гнезда и количество прядей, конструкция пилона/башни, операция подъема кабеля, а также метод введения и регулировки растягивающих усилий.

 

Крепление стальной опоры

— Седельный тип

— Анкерная балка тип

— Опорная плита типа

— Штыревая розетка типа

 

Бетонное крепление пилона

— Седельный тип

— Тип перекрытия

— Внутренний тип

— Инсайдер с кронштейном и звеном типа

 

 

 

E.

Опорная система

Граничные условия между поперечными балками пилона и ребрами жесткости влияют на поведение всей конструкции моста. Граничные условия подразделяются на три категории: плавучая система без опоры, опорная система и каркасная система с подкрепленными фермами и пилонами.

 

E-1. Плавающая система

Плавающая система представляет собой конструкцию, которая поддерживает нагрузку надстройки за счет дополнительной установки вант вместо отказа от вертикальных опор. Поскольку скручивающая нагрузка, действующая на основную балку, может быть решена осевой силой, действующей на трос, устанавливается основная конструкция балки без жесткости на кручение, и это является граничным условием для гибкого вертикального поведения, поскольку опора для пилона отсутствует.

Кроме того, уменьшается отрицательный момент фермы жесткости у пилона, а поперечная балка пилона может быть исключена за счет неустановки вертикальных опор на пилоне; таким образом, улучшая техническое обслуживание. С другой стороны, для смещений, вызванных горизонтальными нагрузками, такими как землетрясения, требуются отдельные контрмеры и крупномасштабные компенсаторы. Кроме того, поскольку на пилонах нет опор, вертикальные нагрузки, действующие на тросы, создают гораздо большие усталостные нагрузки.

 

Е-2. Система обуви

Башмачная опорная (несущая) система представляет собой конструктивную систему, в которой ребра жесткости и пилоны разделены, а установлены вертикальные опоры и ветровые башмаки. Эта система воспринимает вертикальные и горизонтальные силы реакции, создаваемые вертикальными опорами, установленными на вершине перекладин пилонов, и горизонтальными опорами, установленными сбоку от пилонов. Опоры размещены на пилонах, вертикальные нагрузки, воспринимаемые вантами, относительно снижены. Кроме того, постоянные подшипники могут быть установлены на этапе строительства, но должны быть установлены дополнительные удерживающие устройства для прогиба. Если длина пролета велика или собственный вес надстройки увеличивается, отрицательный момент имеет тенденцию быть чрезмерным, поскольку палуба действует как неразрезная балка. Поскольку на пилонах установлены вертикальные и горизонтальные опоры, это невыгодно с точки зрения обслуживания и может снизить проходимость вблизи пилонов.

 

E-3. Рамочная система

Каркасная система — это конструктивная система, в которой поперечные балки пилонов, балки жесткости и опоры объединены и сведены вместе, так что они могут вести себя как единое целое. Эту структурную систему легко обслуживать, поскольку нет необходимости в опорах моста, и она обладает отличной ветровой устойчивостью, поскольку не требует контроля смещения в продольном направлении моста во время строительства. И эта система стабильна при строительстве и обслуживании. Однако необходимо изучить влияние ползучести, усадки и термической нагрузки.

 

3.

Проектирование вантовых мостов

Проектирование вантового моста требует глубокого понимания, поскольку при проектировании необходимо учитывать множество факторов, в том числе многочисленные неровности самого моста. Элементы концептуального анализа, необходимые для проектирования, следующие:

 

4. Расчет конструкций вантовых мостов

или динамические нагрузки, такие как анализ естественной вибрации, анализ нагрузки при землетрясении и анализ ветровой нагрузки, должны быть выполнены на заключительном этапе. Как правило, при проектировании вантовых мостов анализ стадии эксплуатации рассчитывает размеры конструкции, а также поперечное сечение и растягивающие усилия тросов. Типичная блок-схема анализа вантовых мостов показана ниже.

  •  

A. Структурный анализ для исходной формы

Структурный анализ для исходной формы выполняется для оптимизации усилий элементов балок и пилонов, растягивающих усилий тросов и сил реакции. Анализ называется приложением растягивающих усилий к каждому кабелю, чтобы статическая нагрузка уравновешивалась первоначальными растягивающими усилиями троса. Вся модель вантовых мостов представляет собой статически неопределимую конструкцию высокого порядка, поэтому получение исходных значений требовало повторных расчетов. Кроме того, поскольку натяжение каждого троса не является единственным решением, для каждого проектировщика одного и того же вантового моста могут быть составлены разные планы натяжения тросов. В частности, в случае бетонных конструкций происходит перераспределение напряжений во времени на конечной стадии за счет эффектов ползучести и усадки, приводящих к деформации конструкции. Следовательно, также важно определить, когда проектная продольная кривая удовлетворяется. Это три метода анализа начальных значений:

 

— Метод нулевого смещения

— Метод равновесия сил

— Метод силы

 

 

B. Анализ этапа строительства

Для определения натяжения троса, возникающего при прокладке троса в вантовых мостах, необходимо сначала определить начальное состояние равновесия постоянных нагрузок на этапе эксплуатации ( завершенное состояние). После этого необходимо провести анализ стадии строительства в соответствии с процессом строительства.

 

Как правило, при проектировании вантовых мостов при расчете конструкции на заключительном этапе рассчитываются характеристики конструкции, а также поперечное сечение и натяжение вант. Кроме того, при анализе этапа строительства определяется установленное натяжение троса на каждом этапе, а также предварительный изгиб балки и строительный изгиб. Посредством анализа этапа строительства также исследуется напряжение, возникающее в каждом элементе. Более того, по результатам анализа заранее определяется предполагаемая последовательность строительства и конструктивность для рабочей нагрузки, а затем выбирается оптимальный метод строительства.

 

Анализ стадии строительства можно разделить на обратный анализ и прямой анализ в соответствии с порядком анализа. В отличие от строительного анализа, обратный анализ представляет собой метод выполнения расчета путем удаления элементов конструкции и нагрузок в обратном направлении конструкции от конструкций, в которых определяется конечная стадия исходного состояния равновесия. С другой стороны, прямой анализ — это метод выполнения анализа в том порядке, в котором происходит построение.

 

История вантового моста