Нагружение балок

Различают следующие типы восприятия узлом пилона горизонтальной нагрузки от кабеля / ванты:

код kz_pil = 0, ПП опирание; не воспринимает никаких горизонтальных нагрузок;

код kz_pil = 1, ПН опирание; воспринимает только временную; пилон «компенсирован», что достигается устройством монтажных тяг и связей;

код kz_pil = 2, ПН опирание; воспринимает монтажную и временную нагрузки; участок изгибается в «0» состоянии, т. е. пилон «не компенсирован».

3. Анкерные массивы предназначены для восприятия усилий, передаваемых от прямолинейных оттяжек и криволинейных ветвей кабеля.
Активные сдвоенные ванты к ним не крепятся.

АМ могут располагаться в любом месте и определяются положением координаты расчетного узла (X, Y).

Крайние в кабельной цепи АМ имитируют устройство абсолютно жестких пилонов с «0» высотой и ПН опиранием.

4. Кабель. Общее число всех кабелей k_sys в модели может достигать 3. Предусмотрена возможность последовательного включения / отключения кабелей в расчетной схеме без удаления записей в ИД.

Общими для всех ветвей кабеля являются: стержневая жесткость EA, погонный собственный вес g_cab и начальный распор h_cab (рис. 7.10). Все остальные параметры и нагружения могут отличаться для каждой ветви.

Рис. 7.10. Схема многоветвевого кабеля

Начало и конец кабеля допускается крепить к следующим элементам:

- узлу анкерного массива (распор воспринимается «землей» (рис. 7.13, а);

- ПН опорной части пилона (воспринимается сечением изгибаемого пилона, (рис. 7.13, в));

- ПН опорному узлу балки (распор передается на основание (рис. 7.13, б));

- внеопорному узлу балки (воспринимается сечением балки (рис. 7.15, в)).

Промежуточные узлы кабеля имеют ПП крепление и структурно разделяют кабель на ветви. Если у кабеля ПН опирание, то он разбивается на отдельные ветви, имеющие различные значения распора (рис. 7.15, б).

В общем случае кабель может состоять из нескольких прямолинейных / криволинейных ветвей. Чаще это 1–2–3 ветви. Ветвь длиной L_c соединяется через подвески с балкой и имеет начальный провис f_o. Прямолинейные оттяжки могут быть только боковыми (рис. 7.13, а). Исключение составляет кабель из одной ветви: он может быть без оттяжек (рис. 7.13, б, в).

Правило знаков: '+' стрелка кабеля f_o провисает вниз; '+' распор кабеля h_cab растягивает.

Криволинейная ветвь может иметь краевые участки a, c без подвесок, которые по конструктивным особенностям ВС крепятся только в средней части ветви b (d = a + b + c). Поэтому для ненулевых значений a, c указывают номера подвешенных участков балки: e₁ – начало, e₂ – конец
(рис. 7.13, в, 7.15, д). Кроме того, делается обязательное перераспределение веса неподкрепленных участков балки:

- на участках, соответствующих a, c p_bal = 0;

- на среднем участке добавляется нагружение p_ac = p_bal (a + c) / 2 b.

Иначе балка будет изгибаться в «0» состоянии, что можно проверить, сделав нагружение q (x) = 0.

Нумерация кабелей не зависит от их пространственного положения. Нумерация ветвей в кабеле: слева направо. Число всех ветвей в кабеле ограничено l_cab [1..3].

Прямолинейная (пассивная) оттяжка имеет формальный признак нулевого провиса f_o = 0. Под прямолинейной оттяжкой может не быть участка балки (рис. 7.13, а); она может только ПП крепиться к пилону.

Криволинейная (активная) оттяжка (f_o ≠0) должна проецироваться на связанный с ней через подвески участок (элемент) и не может работать отдельно без балки.

Оттяжка – это ванта, работающая только на растяжение:

- передает распор от ВС на АМ или на балку в опорном сечении;

- ограничивает горизонтальное перемещение ПП опорных частей на пилоне.

Также можно моделировать гибкую арку в виде пологой сжатой стержневой цепи параболического очертания.

ВС включает несколько расчетных схем i_syst [1..5], соответствующих различным этапам монтажа. Решение находится для кабеля с присвоенным кодом ki_cab [1..5] по условию: если ki_cab <= i_syst, то кабель «работает» на этапе; иначе он «выключен».

Так оперативно контролируется порядок включения / выключения кабелей в работу на монтаже.

Типы продольного профиля кабеля: параболический, цепной или произвольной формы, описываемый из внешней программы данных. Наиболее удобно параболическое очертание: km_cab = 0 (по умолчанию).

Криволинейный кабель (f_o ≠ 0) из одной ветви (без оттяжек) можно подвесить:

- между узлов пилонов с ПН ОЧ или между АМ (рис. 7.13, в). При этом пилоны должны иметь достаточную изгибную жесткость;

- между узлами балки (безраспорная система, рис. 7.13, б). Таких подкрепленных подвесками / стойками участков на балке может быть несколько.

Особенности устройства многокабельных ВС:

· к одной ветви могут быть подвешены несколько участков одной балки, а к одному кабелю – несколько балок;

· один участок балки может быть подвешен одновременно к нескольким кабелям; при этом его вес p_bal разделен между ними пропорционально доле b_cab, зависящей от степени отпорности каждого кабеля.

Допускается опирать кабель только на АМ: их удобно применять, так как не требуется описание пилонов. При этом нельзя делать смешанное опирание с применением пилонов. Крайние в цепи АМ всегда имеют ПН крепление, а промежуточные – ПП.

Если для 2-ветвевого кабеля требуется заменить продольно-подвиж­ное опирание среднего узла на неподвижное, то кабель разрезается на 2 ветви с ПН креплением (рис. 7.14, а, б). Аналогично для 3-ветвевых кабелей (рис. 7.15, а, б).

Исходными нагружениями для каждой ветви являются:

- g_cab – погонный вес кабеля, неизменяемая величина;

- p_cab – погонное усилие натяжения за счет изменения длины подвесок;

- p_dec = p_bal * b_cab – воспринимаемая часть веса балки (для многокабельных ВС), где b_cab = 0..1 – доля веса балки, выбираемая исходя из отпорности кабеля и схемы его монтажа (для однокабельных b_cab = 1; для многокабельных их сумма для всех участков балки не должна превышать 1,0).

В общем случае указанные нагружения приводят к различным величинам распора Hp у каждой ветви, что недопустимо. Равенство распоров во всех ветвях является условием правильной работы ВС. При этом отсутствует горизонтальное перемещение промежуточных узлов, а кабель занимает проектное положение.

Для выполнения этого условия программа принудительно назначает новые величины p_tree вместо старых p_cab для всех ветвей. «Эталонная» ветвь, имеющая максимальный пролет, остается без изменений. Таким образом, кабель добавочно нагружается величиной p_add = p_tree – p_cab за счет изменения длины подвесок в пределах всех ветвей, кроме «эталонной».

Кабель «компенсирован», если в «0» состоянии при соблюдении его проектных параметров (L₀, f_o) и нагрузок (g_cab, p_cab) в подвешенной балке не возникают прогибы и изгибающие моменты. Однако иногда кабель может быть не «компенсирован» на усилие натяжения p_tree. Программа позволяет это моделировать:

- код kd_cab = 0 (по умолчанию). Усилие натяжения p_tree в «0» состоянии не учитывается, так как натяжение подвесок «компенсировано»; достигается устройством временных подмостей и / или уравновешенного навесного монтажа балочной части;

- код kd_cab = 1; подвешенная балка изгибается от невоспринятого нагружения p_tree, т. е. подвески этой ветви не «компенсированы».

«0» состояние безраспорных ВС

Учет статического баланса веса подвешиваемых балок (нет связи с кодами kr_cab и kd_cab):

- код kb_cab = 0 (по умолчанию) – баланс не выполняется;

- код kb_cab = 1 – баланс выполняется в виде дополнительных нагрузок на балку для следующих случаев:

а) при наличии «остатка» веса балки, не учтенного поддерживающими ее кабелями: p_rest = p_bal * [1. - ∑(b_cab)]; актуально только для многокабельных систем;

б) при наличии корректирующего нагружения p_mod = p_dec – p_mid, необходимого для соблюдения баланса; актуально только для нескольких участков балки, поддерживаемых одной ветвью,

где p_mid = [∑(p_dec * d)] / [sum (d)] – усредненное значение по ветви;

p_mod = 0, если на участке ветви p_dec = const.

«Интэл» контролирует нагружение кабелей / арок для заданного критерия и выдает сообщение о недопустимости суммарного распора: H = H_p + H_q.

Корректировка H_q по итерациям с учетом конструктивной нелинейности не выполняется, так как процесс расходится. В исходных данных применяются критерии контроля и ключевые слова:

· ‘ cab ’ – кабель может быть только растянутым, поскольку является гибким канатным элементом; кабель не должен опадать при f_o < 0 (перевернутая цепь);

· ‘ arc ’ – арка может быть только сжата, так как работает на сжатие (чугун, физическая нелинейность) или является гибкой аркой, теряющей при H < 0 свой профиль; обратная арка (f_o > 0) не должна растягиваться;

· ‘ rod ’ – элемент может быть как сжатым, так и растянутым; это универсальный стержень.

5. Ванты. Программа реально учитывает ограниченное число сдвоенных вант (6–8 пар на всю систему); максимально n_van [0..10]. Применение большего количества канатных элементов приводит к численной неустойчивости, и система должна решаться с использованием вантовых сетей. Сдвоенные ванты позволяют моделировать такие системы как «арфа», «веер» и «пучок» (рис. 7.16).

Для каждой пары вант задается их стержневая жесткость EA, объемный вес материала g_van и начальное натяжение S_p (рис. 7.12).

Рис. 7.12. Расчетная схема сдвоенных вант

Нумерация сдвоенных вант: от наружного яруса пилона к внутреннему (от консоли к заделке). Сдвоенные ванты не могут соединяться с другими пилонами.

Код ki_van – номер включения ванты в расчетную схему [1..5], управляет его участием в этапе монтажа: если ki_van <= i_syst, то ванта «работает» на этапе; иначе ванта «выключена».

Тип формы провиса ванты от собственного веса:

- код km_van = 0 – прямая (по умолчанию); не требует задания E, g_van и G;

- код km_van = 1 – парабола с провисом f_o; требует дополнительного ввода данных:

· g_van – объемный вес материала ванты, тс/м³;

· E – модуль продольной упругости прямолинейной ванты, тс/м²
(с масштабным коэффициентом);

· G – напряжение в ветвях ванты от постоянного и временного нагружений (S_p + p + q); (тс/м², без масштабного коэффициента).

Учет действия вертикальной реакции ванты на балку в «0» состоянии:

- код kr_van = 0, не воспринимается (по умолчанию), т. е. реакция «компенсирована» подмостями;

- код kr_van = 1, воспринимается, т. е. реакция не «компенсирована» и балка изгибается.

Учет типа крепления ванта на пилоне:

- {код kz_van = 0 – ПП; = 1 – ПН} – без поворота;

- {код kz_van = 2 – ПП; = 3 – ПН} – с поворотом опорной части.