Устройство для отклонения каната, такого как ванта, и оборудованный таким устройством строительный объект
Изобретение относится к устройству для отклонения каната, содержащего несколько натянутых тросов. Канат отклоняется в устройстве, содержащем корпус, через который проходят каналы. Каждый канал имеет стенку, направляющую один из тросов по криволинейному пути. Стенка канала содержит опорную зону для троса в направлении внутрь кривизны пути. Эта опорная зона имеет, по меньшей мере, в центральной части канала и поперечно к криволинейному пути сечение в виде дуги окружности с радиусом, равным половине наружного диаметра троса. Центральная часть канала имеет расширенное поперечное сечение за пределами опорной зоны. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к устройствам, применяемым для отклонения устанавливаемых на строительных конструкциях канатов, таких как ванты.
Канаты часто выполняют в виде пучков отдельных тросов, натянутых и закрепленных своими концами. При возведении строительного объекта может понадобиться отклонение каната в одной или нескольких зонах его прохождения.
В вантовых сооружениях канаты имеют верхнюю часть, расположенную на уровне опоры, и нижние концы, закрепленные на подвесной конструкции, например, на полотне моста. В традиционной конструкции верхний конец каждого каната закреплен на опоре. Встречаются также вантовые сооружения, в которых канаты следуют по линии, имеющей общую форму перевернутого V, и отклоняются на опоре при помощи устройства, обычно называемого подушкой.
На уровне подушки тросы каната следуют по криволинейному пути, как правило, по существу с постоянным радиусом кривизны. Предпочтительно тросы проходят вдоль подушки по непрерывному пути. Поэтому необходимо обеспечить достаточное трение тросов по подушке, чтобы избежать нежелательного проскальзывания.
В документе WO 2007/121782 описана опорная подушка, в которой каждая прядь, образующая трос каната, проходит в индивидуальном канале, стенка которого с двух сторон от плоскости, содержащей криволинейный путь пряди, имеет две наклонные стороны, придающие каналу общее сечение в виде V. Эта V-образная форма сечения канала блокирует прядь за счет клинового эффекта, когда она натягивается под действием нагрузки сооружения. Эта концепция подушки имеет свои недостатки. В частности, контакты между прядью и стенкой ее канала являются точечными, что не способствует хорошему распределению локальных напряжений. Кроме того, подушка не совместима с применением прядей в индивидуальных оболочках, так как индивидуальная оболочка пряди может повредиться от усилия заклинивания, создаваемого V-образным профилем канала. Вместе с тем, эти пряди в индивидуальных оболочках очень часто используют для изготовления канатов, так как их коррозионная стойкость повышается за счет изоляции, обеспечиваемой оболочкой. Если же тем не менее необходимо использовать такие пряди с применением подушки согласно WO 2007/121782, то следует снять оболочки по длине прядей, находящихся внутри подушки, что требует применения специальных мер для достаточной изоляции металла прядей. Несмотря на эти меры, которые могут быть сложными и затратными, снятие оболочки тросов вблизи подушки приводит к ослаблению антикоррозийной защиты растяжек.
Настоящее изобретение призвано предложить другую концепцию подушки, которая позволяет уменьшить влияние вышеупомянутых проблем, в частности, за счет соответствующей передачи напряжений внутри криволинейного пути, которому следуют тросы.
В связи с этим объектом изобретения является устройство для отклонения каната, содержащего несколько натянутых тросов. Устройство содержит корпус, через который проходят каналы. Каждый канал имеет стенку, направляющую один из тросов по криволинейному пути. Стенка канала содержит опорную зону для троса в направлении внутрь кривизны пути, при этом указанная опорная зона имеет, по меньшей мере, в центральной части канала и поперечно к криволинейному пути сечение в виде дуги окружности с радиусом, по существу равным половине наружного диаметра троса. Центральная часть канала имеет расширенное поперечное сечение за пределами опорной зоны.
Удержание тросов в их канале, препятствующее их проскальзыванию вдоль криволинейного пути, достигается в результате трения троса в опорной зоне стенки канала, которая может иметь более или менее выраженную шероховатость. Трос находится в контакте с этой опорной зоной на площади определенной величины, учитывая дугообразную форму с радиусом, адаптированным к тросу. Он прижимается к этой опорной зоне за счет прикладываемого к канату натяжения.
Благодаря хорошему распределению напряжений, передаваемых между тросами и стенкой их каналов, устройство отклонения позволяет использовать тросы, каждый из которых содержит металлическую прядь и оболочку из пластического материала, охватывающую прядь. Оболочка может быть сплошной внутри подушки и вплоть до креплений каната и прилегать к опорной зоне стенки канала.
Было установлено, что угловой сектор, по меньшей мере, в 60° для дугообразной формы сечения опорной зоны обеспечивает блокировку за счет достаточного трения во многих конфигурациях. В частности, этот угловой сектор может составлять от 90 до 120°.
Предпочтительно каналы имеют достаточное сечение для обеспечения беспрепятственного прохождения тросов. Это свойство можно обеспечить, придавая им достаточное поперечное сечение, чтобы содержать окружность диаметром, превышающим, по меньшей мере, на 2 мм наружный диаметр троса.
Форма поперечного сечения центральной части канала за пределами опорной зоны может быть формой свода диаметром, превышающим наружный диаметр троса. Форма свода, например круглого свода, позволяет избежать нежелательных концентраций напряжений в материале, находящемся между индивидуальными каналами устройства.
Чтобы обеспечить запас углового колебания каната с одной или с другой стороны устройства, можно выполнить канал таким образом, чтобы его поперечное сечение расширялось наружу, по меньшей мере, с одной стороны его центральной части. Расширение может, в частности, с внутренней стороны кривизны пути следовать по существу кольцевой образующей линии с радиусом, меньшим радиуса кривизны пути в центральной части канала.
В варианте осуществления устройство отклонения дополнительно содержит изогнутую трубу для прохождения каната, при этом оборудованный каналами корпус находится внутри изогнутой трубы.
Объектом изобретения является также строительный объект, например, такой как вантовый мост, содержащий, по меньшей мере, один канат, содержащий несколько натянутых тросов, крепления тросов на концах каната и, по меньшей мере, одно описанное выше устройство отклонения троса между двумя креплениями.
Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания неограничивающего примера осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 схематично показан вантовый мост, в котором применено изобретение;
на фиг.2 схематично показана ванта, оборудованная устройством отклонения согласно варианту осуществления;
на фиг.3 показан канал устройства отклонения, вид в осевом разрезе;
на фиг.4 показано устройство отклонения, вид в поперечном разрезе по плоскости IV-IV, обозначенной на фиг.3;
на фиг.5 показан канал, в котором расположен трос каната, вид в поперечном разрезе;
на фиг.6 - то же, что на фиг.5, где показаны канал и трос на стадии установки каната.
В примере осуществления, представленном на фиг.1, строительный объект является вантовым мостом. Традиционно полотно 1 такого моста удерживается одной или несколькими опорами 2 при помощи растяжек 3, расположенных с наклоном между опорой и мостовым полотном. На уровне опоры 2 каждая ванта проходит через устройство 5 отклонения в соответствии с изобретением, в дальнейшем называемое подушкой.
В варианте осуществления, представленном на фиг.2, подушка 5 содержит изогнутую металлическую трубу 6, погруженную в бетон, из которого выполнена опора 2. Изогнутую трубу 6 получают, например, посредством сгибания стальной трубы, затем устанавливают в соответствующей геометрической конфигурации, после чего заливают бетоном опоры 2. В данном случае канат образован вантой 3, состоящей из нескольких натянутых тросов 4, которые проходят насквозь через подушку 5. Предпочтительно тросы 4 выполнены из прядей в индивидуальных оболочках, при этом металлическая прядь и ее оболочка из пластического материала являются сплошными внутри подушки 5. Проходя через эту подушку, каждый трос 4 следует криволинейному пути Т (фиг.3), образованному индивидуальным каналом 10. Каналы 10 выполнены в корпусе 7, выполненном посредством литья и расположенном внутри изогнутой трубы 6.
Снаружи подушки 5 ванта 3 свободно проходит до двух креплений 8, установленных на мостовом полотне 1. Эти крепления 8 могут соответствовать, например, креплениям, описанным в документе WO 00/75453 А1.
В каждом из каналов 10, выполненных в подушке 5, проходит соответствующая прядь 4 с оболочкой. В своей центральной части они предпочтительно следуют криволинейному пути Т с постоянным радиусом R. В этой части поперечное сечение канала 10 имеет, например, форму, показанную на фиг.4, где стенка канала имеет опорную зону 11 в направлении кривизны пути Т. Опорная зона 11 имеет форму в виде дуги окружности с радиусом r.
Как показано на фиг.4 и 5, радиус r дугообразной формы опорной зоны 11 в центральной части канала 10 соответствует половине наружного диаметра троса 4. Таким образом, опорная зона 11 обеспечивает относительно большую площадь контакта между стенкой канала 10 и периферией троса 4, что приводит к созданию усилия трения, удерживающего трос в положении, когда на него действует натяжение от нагрузки сооружения. Угловой сектор α, на котором расположена опорная зона, предпочтительно составляет не менее 60°. В оптимальном варианте этот угловой раствор α составляет от 90° до 120°.
Верхняя часть 12 стенки канала 10 в направлении наружу его кривизны является более широкой, чем опорная зона, чтобы можно было беспрепятственно вводить трос 4 во время монтажа ванты. Это расширение центральной части канала за пределами опорной зоны 11 можно выполнить, придав верхней части 12 поперечное сечение в виде свода диаметром, превышающим наружный диаметр троса. Было установлено, что введение троса 4 в канал происходит без проблем, если поперечное сечение канала в его центральной части является достаточным, чтобы содержать окружность С диаметром, превышающим, по меньшей мере, на 2 мм наружный диаметр троса 4, как показано на фиг.6.
Таким образом, трос 4 может проходить в соответствующем канале без трения по подушке 5. Для этого перед пропусканием можно расположить съемную подкладку 15, например, в виде полосы из пластического материала. После того как трос 4 окажется на месте, подкладку 15 убирают, и трос 4 ложится в опорную зону 11.
Форма свода верхней части 12 стенки канала 10 может иметь, в частности, круглый профиль с радиусом r'>r, при этом радиальные заплечики 13 соединяют опорную зону 11 с верхней частью 12. Закругленная форма свода способствует вертикальному перетеканию напряжений сжатия, присутствующих в отлитой матрице 7 подушки 5.
В предпочтительном варианте осуществления поперечное сечение канала 10 расширяется наружу с двух сторон от центральной части. Это расширение, показанное на фиг.3, позволяет направлять отклонения тросов, возникающие в результате изменения нагрузки в канатах.
С внутренней стороны кривизны пути Т расширение поперечного сечения канала 10 может следовать образующей линии, которая предпочтительно имеет форму окружности с радиусом R', меньшим радиуса R кривизны пути Т в центральной части канала 10. Поскольку радиус R' является постоянным, это позволяет ограничить напряжения изгиба, которым подвергаются тросы 4.
Расширение поперечного сечения канала 10 на его двух концах может быть достигнуто за счет подобия формы, показанного на фиг.4. В варианте можно постепенно расширить наружу внутреннюю часть сечения канала, чтобы довести его до окружности с радиусом r' на наружной стороне подушки 5. В другом варианте можно расположить с двух сторон от центральной части постоянного сечения канала 10 расширение круглого поперечного сечения в виде раструба, наименьший диаметр которого равен r'. Таким образом, расширение можно просто выполнить в виде направляющей детали, изготовленной посредством механической обработки и установленной в устье канала 10.
Центральную часть каналов 10 можно выполнить путем формования литьем в материале 7, например, в заливочном растворе, образующем матрицу подушки 5. После этого в изогнутую трубу 6 помещают формы негативного профиля, соответствующего форме каналов 10. Их положения и поперечные зазоры обеспечиваются направляющими, равномерно расположенными в трубе 6. Затем трубу 6 заполняют затвердевающим материалом, таким как высокопрочный раствор. Распалубку можно осуществить либо путем механического разрушения форм, либо путем растворения, либо путем сужения. Это выполнение подушки посредством формования литьем можно производить на заводе. На строительной площадке выполненную таким образом подушку поднимают на опору и устанавливают в точном положении. После завершения заливки опоры поднимают тросы 4 вант, пропускают их через подушку 5 и крепят на мостовом полотне 1.
Преимуществом описанной выше подушки 5 является ее совместимость с применением тросов 4, образованных прядями в индивидуальных оболочках. Сечение такого троса 4 показано на фиг.5 и 6, где позицией 16 обозначены металлические жилы, скрученные в прядь, а позицией 17 обозначена оболочка из пластического материала, охватывающая эти жилы. Как правило, жилы 16 выполняют из оцинкованной стали, тогда как оболочку 17 выполняют из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП). Промежутки между металлическими жилами 16 и промежутки между жилами 16 и оболочкой 17 заполняют мягким наполнителем.
Прядь 4 в оболочке, показанная на фиг.5 и 6, имеет круглое наружное сечение. При этом размеры опорной зоны 11 каналов 10 определяют таким образом, чтобы она имела такой же радиус r, что и покрытая оболочкой прядь 4. На практике может иметь место небольшое различие в радиусе между опорной зоной 11 и наружным сечением троса 4, поскольку допускается текучесть пластического материала оболочки 17, прижимаемой к стенке канала. Точно так же, наружное сечение троса 4 может не быть строго круглым, а, например, шестиугольным с углами, закругленными в результате экструзии оболочки 17 на металлической пряди. В этом случае под «наружным диаметром троса» следует понимать диаметр наименьшей окружности, в которую вписано поперечное сечение троса. Это определение «наружного диаметра троса» соответствует также случаю металлической пряди без оболочки. Этот случай, хотя и не является предпочтительным, все же вписывается в рамки изобретения, но при этом контакты между натянутым тросом и опорной зоной 11 его канала происходят по спиральной линии, а не точечно.
Описанные выше варианты осуществления иллюстрируют настоящее изобретение. В них можно вносить самые разные изменения, не выходя за рамки изобретения, определенные прилагаемой формулой изобретения. В частности, устройство отклонения в соответствии с изобретением можно применять для отклонения канатов, отличных от растяжек.
1. Устройство для отклонения каната (3), содержащего несколько натянутых тросов (4), при этом устройство содержит корпус (7), через который проходят каналы (10), в котором каждый канал имеет стенку, направляющую один из тросов по криволинейному пути (Т), при этом стенка канала содержит опорную зону (11) для троса в направлении внутрь кривизны пути, при этом указанная опорная зона имеет, по меньшей мере, в центральной части канала и поперечно к криволинейному пути сечение в виде дуги окружности с радиусом (r), по существу равным половине наружного диаметра троса, а центральная часть канала имеет расширенное поперечное сечение за пределами опорной зоны.
2. Устройство по п.1, в котором дугообразная форма сечения опорной зоны (11) проходит в угловом секторе (α), по меньшей мере, равном 60°, предпочтительно составляющем от 90 до 120°.
3. Устройство по п.1 или 2, в котором центральная часть канала (10) за пределами опорной зоны (11) имеет форму поперечного сечения в виде свода (12), диаметр которого превышает наружный диаметр троса (4).
4. Устройство по п.1 или 2, в котором поперечное сечение канала (10) является достаточным, чтобы содержать окружность (С) диаметром, превышающим, по меньшей мере, на 2 миллиметра наружный диаметр троса (4).
5. Устройство по п.1 или 2, в котором поперечное сечение канала (10) расширяется наружу, по меньшей мере, с одной стороны его центральной части.
6. Устройство по п.5, в котором расширение поперечного сечения канала (10) наружу следует на внутренней стороне кривизны пути (Т) по существу окружной образующей линии с радиусом (R'), меньшим радиуса (R) кривизны пути в центральной части канала.
7. Устройство по любому из пп.1, 2, 6, дополнительно содержащее изогнутую трубу (6) для прохождения каната (3), при этом оборудованный каналами (10) корпус (7) находится внутри изогнутой трубы.
8. Строительный объект, содержащий, по меньшей мере, один канат (3), содержащий несколько натянутых тросов (4), крепления (8) тросов на концах каната и, по меньшей мере, одно устройство отклонения каната между креплениями, при этом устройство (5) отклонения содержит корпус (7), через который проходят каналы (10), в котором каждый канал имеет стенку, направляющую один из тросов по криволинейному пути (Т), при этом стенка канала содержит опорную зону (11) для троса, обращенную внутрь кривизны пути, при этом указанная опорная зона имеет, по меньшей мере, в центральной части канала и поперечно к криволинейному пути сечение в виде дуги окружности с радиусом (r), по существу равным половине наружного диаметра троса, при этом центральная часть канала имеет расширенное поперечное сечение за пределами опорной зоны.
9. Строительный объект по п.8, в котором дугообразная форма сечения опорной зоны (11) проходит в угловом секторе (α), по меньшей мере, равном 60°, предпочтительно составляющем от 90 до 120°.
10. Строительный объект по п.8 или 9, в котором центральная часть канала (10) за пределами опорной зоны (11) имеет форму свода (12) диаметром, превышающим наружный диаметр троса (4).
11. Строительный объект по п.8 или 9, в котором поперечное сечение канала (10) является достаточным, чтобы содержать окружность (С) диаметром, превышающим, по меньшей мере, на 2 миллиметра наружный диаметр троса (4).
12. Строительный объект по любому из п.8 или 9, в котором поперечное сечение канала (10) расширяется наружу, по меньшей мере, с одной стороны его центральной части.
13. Строительный объект по п.12, в котором расширение поперечного сечения канала (10) наружу следует на внутренней стороне кривизны пути (Т) по существу окружной образующей линии с радиусом (R'), меньшим радиуса (R) кривизны пути в центральной части канала.
14. Строительный объект по любому из пп.8, 9, 13, в котором каждый из тросов (4) содержит металлическую прядь (16) и оболочку (17) из пластического материала, охватывающую прядь, при этом оболочка прилегает к опорной зоне (11) стенки канала (10).
15. Строительный объект по любому из пп.8, 9, 13, в виде вантового моста, в котором устройство (5) отклонения установлено на опоре (2) моста, а крепления (8) установлены на полотне (1) моста.
16. Строительный объект по любому из пп.8, 9, 13, в котором устройство отклонения каната дополнительно содержит изогнутую трубу (6) для прохождения каната (3), при этом оборудованный каналами (10) корпус (7) находится внутри изогнутой трубы.
