предварительно напряженная пространственная шпренгельная ферма

Формула изобретения

Предварительно напряженная пространственная шпренгельная ферма, включающая балку-распорку, стойки пространственного шпренгеля с направляющими на концах, в которые свободно пропущены затяжки, закрепленные на торцах балки-распорки, отличающаяся тем, что стойки пространственного шпренгеля выполнены в виде полых стержней и телескопически связанных с ними наконечников, внутри стоек размещены пружинные элементы, между которыми установлены сердечники, причем полые стержни снабжены фиксаторами, а наконечники прорезями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительным конструкциям, а именно к конструкциям покрытий зданий и сооружений, а также может использоваться в качестве отдельно стоящих несущих систем специального назначения, например, в качестве ригелей жестких поперечин электрифицированных железных дорог.

Известна шпренгельная ферма [1], включающая жесткую балку-распорку, усиленную стойками шпренгелей, верхними и нижними затяжками, свободно пропущенными через направляющие на свободных концах стоек шпренгелей. При этом верхние и нижние затяжки попарно объединены в замкнутые затяжки и свободно пропущены в криволинейных направляющих, смонтированных на торцах балки-распорки.

Недостатком такого решения является фиксированность частот собственных колебаний, что приводит при совпадении их с частотами внешних (вынужденных) воздействий к резонансным явлениям и, как следствие, к резкому повышению динамических усилий в элементах системы.

Кроме того, известна пространственная предварительно напряженная шпренгельная ферма [2] , включающая балку-распорку, стойки пространственного шпренгеля с направляющими на удаленных от балки-распорки концах, в которые свободно пропущены верхние и нижние парные затяжки, закрепленные на торцах балки-распорки (принято за прототип).

Недостатком приведенного технического решения является невысокая прочность и устойчивость системы при действии динамических нагрузок, связанная с резонансом, возникающим при совпадении собственных частот колебаний с частотой внешних динамических возмущений. Это явление приводит к резкому возрастанию амплитуды колебаний шпренгельной фермы и, следовательно, к значительному повышению усилий в ее элементах, необходимость восприятия которых в конечном итоге приводит к увеличению материалоемкости.

Задача изобретения - повышение жесткости и устойчивости при действии внешних динамических импульсов и, как следствие, снижение материалоемкости.

Технический результат достигается тем, что в предварительно напряженной пространственной шпренгельной ферме, включающей балку-распорку, стойки пространственного шпренгеля с направляющими, расположенными на удаленных от оси балки-распорки концах, в которые свободно пропущены гибкие затяжки, закрепленные на торцах балки-распорки, при этом стойки пространственного шпренгеля выполнены в виде полых стержней и телескопически связанных с ними наконечников, внутри стоек размещены пружинные элементы, между которыми установлены сердечники, причем полые стержни снабжены фиксаторами, а наконечники прорезями.

С целью создания предварительного напряжения системы затяжки снабжены натяжными устройствами (например, муфтами, концевыми гайками и т.п.)

Отличительными признаками заявляемого технического решения является выполнение стоек пространственного шпренгеля в виде полых стержней (например, круглых или прямоугольных труб и т.п.) с фиксаторами и телескопически связанных с ними наконечников, внутри стоек размещены пружинные элементы, между которыми установлены сердечники, имеющие соответствующую массу, при этом наконечники снабжены прорезями, в которые введены фиксаторы.

Это позволяет после приложения к предварительно напряженной пространственной шпренгельной ферме динамических нагрузок осуществить самопроизвольное гашение колебаний за счет сдвига фаз и изменения периода колебаний сердечников (масс с пружинными элементами на концах) относительно системы (балки-распорки, затяжек, стоек).

Предварительное натяжение гибких затяжек позволяет обеспечить их работоспособность на всех стадиях загружения системы.

Предлагаемое техническое решение описывается фиг.1-4: на фиг.1 схематически изображен общий вид шпренгельной фермы; на фиг.2 - разрез по 1-1 на фиг.1; на фиг.3 - узел "А" на фиг.2; на фиг.4 - вид по 2-2 на фиг.3.

Предварительно напряженная пространственная шпренгельная ферма включает балку-распорку 1, стойки пространственного шпренгеля 2 с направляющими 3, расположенными на концах стоек пространственного шпренгеля 2, в которые свободно пропущены нижние 4 и верхние 5 гибкие затяжки, закрепленные на торцах балки-распорки 1, и поперечные связи 6, объединяющие стойки пространственного шпренгеля 2. Стойки пространственного шпренгеля 2 выполнены в виде полых стержней 7 и телескопически связанных с ними наконечников 8. Внутри стоек 2 (полых стержней 7 и наконечников 8) размещены пружинные элементы 9, между которыми установлены сердечники 10, причем полые стержни 7 снабжены фиксаторами 11, а наконечники 8 прорезями 12. Гибкие затяжки 4, 5 имеют натяжные устройства 13.

При действии на предварительно напряженную пространственную шпренгельную ферму динамического импульса, например, в вертикальной плоскости (снизу вверх) ферма начинает соответственно перемещаться снизу вверх. Вслед за перемещениями основных элементов системы - балки-распорки 1, затяжек 4, 5, стоек 7, 8 - начинают перемещаться сердечники 10, соединенные со стойками 7, 8 и балкой-распоркой 1 пружинными элементами 9. Начало перемещения сердечников 10 смещено по времени относительно начала перемещений основных элементов системы. Задержка по времени перемещений сердечников 10 приводит к смещению по фазе периода их колебаний относительно периода колебаний системы. При колебаниях многомассных систем со смещенными фазами колебаний отдельных масс (сердечников, основных элементов системы), как известно, происходит относительное гашение амплитуды колебания системы в целом. Так как усилия в нижних 4 и верхних затяжках 5 при динамическом импульсе различны (в верхних затяжках 5 больше, а в нижних 4 меньше), то начальное сжатие (растяжение) пружинных элементов 9 различно, что обеспечивает различный по величине сдвиг фаз и различные периоды колебаний сердечников 10, размещенных в верхних стойках, относительно всей системы, а также относительно сердечников 10, размещенных в нижних стойках, что, как следствие, расширяет диапазон частот внешних воздействий, при которых осуществляется гашение колебаний. Телескопическая связь наконечников 8 и полых стержней 7 дает возможность их перемещений относительно полых стержней 7 и обеспечивает необходимое сжатие (растяжение) в пружинных элементах 9. Наличие прорезей 11 на наконечниках 8, а на полых стержнях 7 фиксаторов 12 обеспечивает неразъемность стоек пространственного шпренгеля 2 в целом (полых стержней 7 и наконечников 8) и фиксированный диапазон сжатия (растяжения) пружинных элементов 9, что позволяет создавать эффект гашения в диапазоне частот и периодов внешних возмущающих воздействий.

К преимуществам предлагаемого технического решения относится увеличение динамической устойчивости и прочности предварительно напряженной пространственной шпренгельной фермы при действии внешних динамических возмущений, что обеспечивает экономию материалов по сравнению с известными техническими решениями до 5-20%.

Источники информации

1. А.С. СССР 614192, М.Кл.² Е 04 С 3/08. Забродин М.П. и др. Шпренгельная ферма. Бюл. 25, 1978 г.

2. А.С. СССР 505779, М.Кл.² Е 04 С 3/10. Гайдаров Ю.В. и др. Пространственная предварительно напряженная шпренгельная ферма. Бюл. 9, 1976 г.