При проектировании зданий и сооружений различного назначения канаты могут иметь не только прямолинейное очертание, но и могут быть выполненными с перегибами по длине и дополнительными клеммами, зажимами, соединениями, сёдлами с передачей поперечной нагрузки. Для обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик сооружений необходимо выполнять конструктивные требования, исключающие местные перенапряжения, износ и проскальзывание сопрягаемых элементов.
Рис. 1.17. Соединительная клемма
Рис. 1.18. Болтовые клеммы соединения главных канатов и подвески из легированной стали
25
Поперечное давление следует определять расчётом и в зависимости от конструкции узла сопряжения устанавливать ограничения на его предельное значение. Рассмотрим некоторые из конструкций узлов, включающих болтовые клеммы (рис. 1.17, 1.18).
Такие клеммы используются для мостовых и двухпоясных систем. Они устанавливаются на пучки проволок и спиральные канаты закрытого типа. Для открытых однопрядевых и многопрядевых канатов давление от клемм может привести к ускоренному местному износу.
При конструирований клемм необходимо выполнять поверхности сопряжения наиболее близкими форме каната для получения равномерного радиального давления. Исключение проскальзывания клеммы относительно каната под действием сдвигающих усилий обеспечивается предварительным обжатием и увеличением коэффициента трения между поверхностями сопряжения. Следует принимать во внимание, что с увеличением продольного усилия в канате происходит его вытяжка, уменьшение диаметра и как следствие, снижение усилия обжатия. Для этого необходимо производить корректировку усилия обжатия или проектировать канаты с самого начала с учётом такого падения. Как отмечено в [ 60 ], в отечественной нормативной литературе отсутствуют рекомендации по определению напряжений в проволоках канатов при действии осевой и поперечных нагрузок и имеются данные исследований для величин напряжений поперечного обжатия при пульсирующей нагрузке на канаты диаметром 55 - 75 мм, в которых, в частности, отмечается, что при перепаде продольных напряжений в канате около 150 МПа может быть допущено поперечное обжатие 250 МПа при опирании канатов через прокладки из мягкого материала. В случае опирания канатов непосредственно на сталь предельная интенсивность поперечного обжатия должна быть снижена до 150 МПа. Отмечено, что канаты висячих переходов работают в более благоприятных условиях, чем мосты, т.к. перепад напряжений в них не превышает обычно 100 МПа, а частота изменений напряжений значительно меньшая. Поэтому указанные величины предельного поперечного обжатия можно увеличить соответственно до 300 и 180 МПа. Согласно немецким нормам [15] допускаемая величина поперечного обжатия для канатов при непосредственном контакте со сталью составляет 40 МПа и при опирании через мягкую прокладку - 100 МПа.
Как отмечалось ранее, с увеличением растягивающего усилия в канате уменьшаются напряжения поперечного обжатия в клеммах. Для улучшения работы под нагрузкой соединений с канатами закрытого профиля вводится ограничение на толщину седельной части клемм из условия (рис. 1.17.)
H1 ≤ √ + 1
(1.29)
- где h1 - толщина клеммы в седельной части;
- Nsv - усилие предварительной затяжки болта;
26
- Rp - расчетное сопротивление каната;
- bcl - ширина клеммы, приходящаяся на один болт;
- е - расстояние от оси каната до оси болта;
- Dcl - внутренний диаметр клеммы.
Снижение величины усилия предварительного поперечного обжатия ΔNsv, при увеличении значения продольного усилия ΔFC составит
ΔNsv = · μc ·
(1.30)
- где ΔNsv - снижение усилия предварительной затяжки болта;
- ΔFC - величина изменения усилия в канате;
- Ер - модуль упругости каната при действии полезной нагрузки;
- Ас - площадь сечения каната;
- μс - коэффициент поперечной деформации канатов;
- ЕСl - модуль упругости клеммы;
- ls - длина болта =∼ 2 · h2.;
- Еs - модуль упругости болтов;
- As - площадь поперечного сечения каната.
Коэффициент поперечной деформации для канатов при предварительном определении величины снижения усилия поперечного обжатия в болтах при начальных загружениях растягиваемых элементов полезной нагрузкой принимается:
- μс =∼ 0.3 для пучков проволок;
- μс =∼ 1.5 для спиральных канатов без предварительной вытяжки;
- μс =∼ 0.8 для спиральных канатов, прошедших предварительную вытяжку.
В конструкциях с канатами, имеющими перегибы, необходимо выполнение требований, обеспечивающих снижение перенапряжения и износа канатов в зонах контакта. В частности, рекомендации [8] учитывают такие требования путём введения коэффициента условий работы γk в формулу (2.26). Так, при отношении радиуса кривой ложемента опирания каната г к диаметру каната d r/d ≥ 45 для закрытых и r/d ≥ 35 для спиральных канатов из круглых проволок принимается γr = 1; при отношении r/d ≥ 30 для закрытых и r/d ≥ 20 для спиральных из круглых проволок канатов принимается γк = 0.9. Немецкие нормы [15] рекомендуют для спиральных канатов закрытого профиля применять радиус кривизны при перегибах не менее 30 диаметров каната. В случаях плотного касания на ложементе и при наличии подкладки из мягкого металла или цинкового покрытия ложа толщиной не менее 1 мм допускается уменьшение радиуса кривизны до 20 диаметров каната.
Большое значение для улучшения условий работы каната имеет конструктивное решение опирания. Грани опорных поверхностей должны иметь плавные закругления для обеспечения постепенного перехода от состояния поперечного обжатия к свободному провисанию. Рекомендуется
27
также назначать съёмную накладку опорных частей короче опорной поверхности ложементов с тем, чтобы избежать концентрации перерезывающих сил на участке перехода от обжатого участка к необжатому и повреждения проволок каната при взаимном трении.
С целью предотвращения проскальзывания клемм по канату и канатов по седельным опорам нормы [15] рекомендуют для закрытых оцинкованных канатов коэффициент трения между металлами равным 0.10, т.к. его значения при различных состояниях поверхностей имеют большой разброс.
При эксплуатации зданий и сооружений с канатными элементами одним из важных условий для обеспечения их нормальной работы является надёжная защита от коррозии. Такая защита может быть решена путём правильного выбора антикоррозийного покрытия, а также обеспечением доступа к опасным местам, в первую очередь концевым участкам и местам перегиба канатов, а также созданием хорошей вентиляции этих мест.
28
