Арочная многофункциональная модульная конструкция (аммк)

Арочная модульная многофункциональная конструкция (АММК) состоящая из модулей, соединенных системой металлических тросов предназначена для использования как несущая арка, так и в качестве арочного покрытия сооружения. Арочная конструкция универсальна, так как величину пролета и высоту подъема арки можно регулировать не изменяя ранее определенное проектом количество модулей. Арочная конструкция представляет собой совокупность металлических модулей, шарнирно соединенных друг с другом посредством системы тросов, удерживающих модули в нужном положении. Модули не соединены между собой жестко. Они прижимаются друг к другу за счет натяжения тросов. А окончательное проектное положение арочная конструкция принимает во время фиксации нижних несущих тросов. Модули работают на сжатие - их стягивают друг с другом тросы, проходящие по верхней и нижней плоскостям модулей, работающие на растяжение. Тросы, проходящие по нижней плоскости модулей, играют роль затяжки, которая удерживает арочную конструкцию в проектном положении и принимают на себя всю нагрузку от конструкции арки, находящуюся в рабочем состоянии. Тросы, проходящие по верхней плоскости модулей, являются монтажными тросами. Они принимают на себя нагрузку во время монтажа конструкции при использовании подъемного крана. Арочная конструкция, состоящая из одинаковых модулей и системой несущих тросов, позволяет перекрывать большие пролеты, ограничивающиеся мощностью подъемных устройств. Для перевозки такой арки на строительную площадку не требуется специальный транспорт, так как модули имеют небольшие размеры (ориентировочно расстояние между опорными плоскостями 2-4 м) и их доставка не представляет большой сложности. Сборка конструкции для монтажа займет минимум времени. При перекрытий больших пролетов Байтовыми конструкциями, наблюдается большой провис конструкций при растяжении тросов находящихся в проектном положении. В предложенной мной модели, прогиб конструкции отсутствует, так как натянутые тросы удерживают проектное арочное положение конструкции и затяжка на уровне фундаментов отсутствует. Преимущества АММК: - доставка конструкции на строительную площадку упрощена; - быстрая сборка из модульных конструкций; - на прочность конструкции не влияют землетрясения; - высота и пролет арки ограничены длиной тросов и мощностью подъемных устройств;

- конструкцию арки можно использовать как в качестве несущей арки, так и в качестве арочного покрытия;

- использовать такую конструкцию в качестве арочного покрытия, можно при строительстве кровли большепролетных ангаров, больших выставочных площадок, стадионов, покрытий взлетно-посадочных полос аэродромов и т.д.;

- при устройстве больших временных сооружений, такую конструкцию можно разобрать и перевезти в другое место.

- вместо металлических материалов возможно использование композитных материалов, способствующих облегчению конструкции.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к строительным конструкциям: несущим аркам и аркам покрытия и может быть использована в строительстве промышленных, гражданских и сельскохозяйственных сооружений.

Уровень техники

Известны арочные конструкции:

- трехшарнирные, двухшарнирные, бесшарнирные;

- пологие, прямолинейные, полукруглые, подъемистые, стрельчатые;

- без затяжки, с затяжкой по опорным шарнирам, с затяжкой выше опор.

(Описание арочных конструкций в учебном пособии для вузов В.К.Файбишенко «Металлические конструкции» Москва, Стройиздат, 1984 г.). К недостаткам этих конструкций можно отнести их сложность в изготовлении, материалоемкость, сложность доставки на строительную площадку частей большепролетных арочных конструкций, трудоемкость при сборке и установке в проектное положение. Пролет арочных конструкций не превышает обычно 200-250 метров. В качестве прототипа, арочмой. конструкции можно привести пример металлической арки. Металлическая арка бывает сплошной, высота сечения таких арок 1750-1780 пролета и пропетом до 60 метров, и сквозной (решетчатой) с высотой сечения 1/30-1/60 пролета с пролетом более 60 метров.

У вышеперечисленных арочных конструкций распор воспринимается затяжкой, устраиваемой на уровне опорных узлов. Однако затяжка препятствует нормальной эксплуатации всего помещения и требует дополнительного материала на подвески. В большепролетных общественных и промышленных зданиях освобождаются, от затяжки путем передачи распора на жесткие опоры в виде поперечных рам, пилонов, трибун или непосредственно фундаментов.

Раскрытие полезной модели

Задачей изобретения полезной модели является: 1) увеличение пролета конструкции которое достигается тем, что в АММК металлические модули работают на сжатие, а растягивающие усилия воспринимают стальные тросы; 2) решение упрощения доставки конструкций на строительную площадку - доставка на объект производится отдельными модулями, где их соединяют друг с другом при помощи стальных тросов.

Описание чертежей

На лист.1 представлена схема АММК, на лист.2 - схема АММК с центром тяжести вблизи фундаментных опор, на лист.3 - схема расположения АММК в качестве несущих арок, на лист.4 - схема АММК в качестве арки покрытия, на лист 5 - схема АММК в сложенном состоянии для удобства транспортировки конструкций с небольшим пролетом.

Осуществление полезной модели

АММК (лист.1) состоит из рядовых (1), опорных (2, 3) и замкового (4) металлических модулей, соединенных между собой затяжками из пояса стальных тросов, расположенных вблизи наружной поверхности - верхний монтажный трос (5) и вблизи внутренней поверхности - нижний монтажный трос (6) арочной конструкции. Длина стальных тросов (5, 6) задается в соответствии с расчетом и проектным заданием. При подъеме арочной конструкции из металлических модулей для фиксации ее геометрических размеров в соответствии с проектом и установки ее на заранее подготовленный фундамент, растягивающие усилия воспринимают стальные тросы, расположенные у наружной поверхности конструкции (5), так как подъем арочной конструкции осуществляется за центральный (замковый) модуль конструкции (4), что приводит к провисанию модулей, находящихся по левую и правую стороны от центрального (замкового) модуля, удерживающихся в момент подъема конструкции верхним поясом тросов (5). А при ее установке в проектное положение на фундамент, растягивающие напряжения перераспределяются на тросы, расположенные у внутренней поверхности арочной конструкции (6) - нижний пояс тросов (в момент максимального провисания конструкции, когда верхний пояс тросов растянут до проектной длины, тросы нижнего пояса подтягиваются и фиксируются по длине, определенной проектом, их окончательное натяжение произойдет в момент установки конструкции в проектное положение на фундаменты), так как действие силы подъемного механизма ослабевает и конструкция стремится выпрямиться за счет собственной массы. Тросы нижнего пояса препятствуют дальнейшему выпрямлению конструкции, так как их длина ограничена проектной длиной, а их концы зафиксированы в опорных модулях (2, 3). Сборка (стягивание) конструкции происходит во время ее подъема подъемным устройством. При этом количество металлических модулей и длина верхних и нижних тросов определяются проектом. Количество тросов у наружной и внутренней поверхности конструкции не может быть меньше 2-х в каждой плоскости, для соблюдения устойчивости конструкции. Один опорный модуль (2) закрепляется неподвижно (шарнирно) на фундаменте, другой опорный модуль (3) имеет подвижную связь с фундаментом для того, чтобы стальные тросы находились постоянно в напряженном состоянии и не было ослабления их натяжения, что может привести к потере устойчивости конструкции. Стальные тросы (5, 6), являясь затяжками в этой конструкции, позволяют воспринять большие растягивающие напряжения как при подъеме конструкции (во время сборки), так и при нахождении ее в рабочем проектном положении. Модули (1, 2, 3, 4) конструкции работают на сжатие. Такое конструктивное решение позволяет с большей эффективностью использовать прочностные характеристики используемых материалов. Величина пролета арочной конструкции из металлических модулей может ограничиваться лишь количеством, длиной и грузоподъемностью используемых тросов (5, 6). Технический эффект достигается за счет использования стальных тросов в качестве растянутых элементов конструкции: уменьшается вес конструкции. Модульная система позволяет облегчить доставку конструкции на строительную площадку, что очень важно при строительстве объектов в населенных пунктах. Время на сборку предельно сокращается за счет отсутствия сварочных работ, а регулировка высоты подъема и величины пролета арочной конструкции позволит изменить не только архитектуру строения, но и его назначение. Причем все это будет сделано, не разбирая полностью конструкцию (только за счет изменения длины монтажных тросов). Арочная многофункциональная модульная конструкция с несущими затяжками из тросов с изменяемой высотой конструкции по своим внешним признакам представляет многошарнирную арочную конструкцию, но при этом используемые верхние и нижние пояса затяжек позволяют при расчетах на прочность, устойчивость воспринимать ее как бесшарнирную арочную конструкцию, так как распорные усилия принимают на себя затяжки, расположенные в нижнем поясе вблизи внутренней поверхности арочной конструкции. При таком расположении затяжек на фундамент действуют только вертикальные нагрузки от арочной конструкции. Распорные усилия на фундамент не действуют.

При создании арочной конструкции из металлических модулей используются одинаковые по габаритам рядовые модули (1), количество и размеры которых определяется проектом; опорные модули (2, 3), используемые для опирания конструкции на фундамент и замковый модуль (4), предназначенный для закрепления к подъемному устройству (подъемному крану).

Все модули арочной конструкции имеют две закругленные по радиусу стороны, которыми они соприкасаются друг с другом. То есть, соединяясь друг с другом своими сторонами, они образуют одну полосу по ширине модулей и длиной, примерно равной пролету арки, определяемому проектом. В верхней и нижней плоскостях модулей (ближе к поверхности) устанавливаются стальные тросы (5, 6): не меньше 2-х в каждой плоскости. Модули выполнены из сортаментной стали с учетом работы их на сжатие. Размер модулей выбирается с учетом доставки их транспортом на строительную площадку. АММК может использоваться в качестве арочных конструкций в строительстве большепролетных ангаров, стадионов, взлетных полос аэродромов, мостов и т.д.

Все вышеуказанное позволило:

1. Создать технологически простую конструкцию для использования в строительстве большепролетных сооружений.

2. Максимально упростить изготовление арочной конструкции.

3. Получить сооружение с большой эффективностью использования рабочего пространства.

4. Упростить доставку конструкции на строительную площадку.

5. При наличии одинакового количества модулей возможно строительство различных по высоте и пролету сооружений.

Краткое описание чертежей.

Лист 1.

Схема АММК с несущими затяжками из тросов с изменяемой высотой конструкции, находящейся в проектном положении.

1 - рядовые модули

2 - опорный модуль с неподвижным (шарнирным) креплением к фундаменту

3 - опорный модуль с подвижным опиранием на фундамент

4 - замковый (центральный) модуль

5 - пояс верхних монтажных стальных тросов

6 - пояс нижних монтажных стальных тросов

Лист 2.

Схема АММК с несущими затяжками из тросов с изменяемой высотой конструкции со смещенным вниз центром тяжести конструкции за счет закрепления груза (постоянной нагрузки) на тросах. Представлена схема конструкции моста.

1 - средние металлические модули

2 - опорный металлический модуль с неподвижным (шарнирным) креплением к фундаменту

3 - опорный металлический модуль с подвижным опиранием на фундамент

5 - пояс верхних стальных тросов

6 - пояс нижних стальных тросов

7 - подвески из стальных тросов

8 - груз (дорожное покрытие по основанию из стальных конструкций)

Лист 3.

Схема конструкции сооружения, где АММК выполняет роль несущих конструкций, соединенных между собой прогонами для опирания на них покрытия.

1 - АММК

2 - прогоны

Н - высота АММК

L - пролет АММК

В - пролет прогонов

Лист 4.

Схема конструкции сооружения, где АММК выполняет роль арки покрытия.

Н - высота арки

D - длина модулей покрытия

L - пролет арки

Лист 5.

Схема конструкции, где АММК транспортируется в виде сложенной конструкции в целях сокращения времени для установки АММК в проектное положение.

1 - модули АММК

2, 3 - несущие тросы

Арочная многофункциональная модульная конструкция (АММК) с изменяемой высотой и пролетом конструкции из металлических рядовых модулей (1), центрального модуля (2) одинаковых геометрических размеров и опорных модулей (3, 4), соединенных между собой 2-мя поясами стальных тросов: нижний пояс (5), верхний пояс (6), где, усиливая или ослабляя натяжение тросов нижнего пояса (5), находящихся в нижней части модуля АММК, можно регулировать высоту подъема арочной конструкции и величину пролета и при этом также необходимо увеличивать или уменьшать длину тросов верхнего пояса (6), находящихся в верхней части модуля АММК; между собой модули не закреплены жестко и соединяются между собой за счет сдавливающих усилий натянутых тросов, находящихся внутри модуля АММК, поскольку неподвижное (шарнирное) опирание на фундамент имеет только один опорный модуль (3), а второй опорный модуль (4) лишь опирается на фундамент, имея свободу перемещения в продольном направлении; при этом для образования несущего каркаса сооружения арочные конструкции устанавливаются на некотором расстоянии друг от друга (6, 9, 12 и т.д. метров) на фундамент, после чего на них монтируется покрытие.