3.16.2. Определение проектного натяжения вант для мачт

Данный режим позволяет определить оптимальное расчетное натяжение вант для мачт. Для выполнения данного расчета необходимо предварительно сформировать расчетную схему конструкции. Предварительно параметры вант EA, p, d и N (см. п. Конечные элементы) можно назначить произвольно. Однако необходимо, чтобы они соответствовали параметрам какого-либо реального каната, поскольку в процессе подбора сечения канатов программа будет менять эти параметры пропорционально заданным значениям. Сформируйте также все расчетные загружения (включая первое монтажное) по обычным правилам.

Ванты необходимо разделить по ярусам. Ярус – группа вант, крепящихся к мачте в одном уровне. Ванты, относящиеся к одному ярусу, должны относиться к одной группе жесткости, иметь одинаковые наклон и длину (расстояние между точками крепления ванта) и, в отсутствии горизонтальных сил (монтажное состояние), при одинаковом натяжении образовывать уравновешивающую систему сил. Яруса нумеруются, начиная с единицы, без пропусков. Задать принадлежность ванта к нужному ярусу можно в таблице Установки вантовых элементов Табличного редактора или в режиме ЭЛЕМЕТЫ/Вантовый элемент/НАЗНАЧИТЬ Графического редактора (см. п. Установка параметров вантовых конечных элементов).

Выполнение расчета активируется из главного меню

В появившейся на экране панели

задайте Номер контрольного узла и Максимально допустимое горизонтальное смещение контрольного узла. Установите при помощи слайдера Регулировка натяжения показатель натяжения. При подборе натяжения вант, программе необходимо задать зависимость между горизонтальным смещением ярусов D_i и реакцией вант на ярус P_i. В программе эта зависимость принята в виде

здесь z_i – высота расположения i-го яруса, а m – единый для всех ярусов множитель. В зависимости от значения показателя степени p можно получить различные варианты проектного натяжения вант. На диаграмме, представленной ниже, показано как меняется натяжение вант мачты, изображенной на рисунке выше, в зависимости от выбора показателя p (параметры мачты: EI_трубы = 5.85 10⁷ Нм², EA_каната = 1.1 10⁷ Н, p_каната = 74 Н/м, q = 360 Н/м – горизонтальная распределенная нагрузка на ствол мачты).

(номера рядом с кривыми – номера ярусов).

Ниже приведена диаграмма изменения общей прижимающей силы на мачту, возникающей из-за натяжения вант.

Как видно, в данном примере, чем ниже показатель p, тем ниже общее прижатие мачты. В то же время, выбор значения p на границах слайдера, ведет к значительному разбросу натяжения вант по ярусам. Наиболее равномерное распределение получается при p в районе 2-х.

Щелкните по кнопке . Для всех загружений, начиная со второго, программа будет стремиться подобрать такое расчетное натяжение заданных вант, чтобы горизонтальное перемещение контрольного узла не превышало заданного значения. Если рабочих загружений (рабочие загружения – начиная со второго) больше одного, программа выбирает наибольшее значение расчетного натяжения среди всех загружений. Канаты одного яруса натягиваются на одну и ту же величину.

Алгоритм определения проектного натяжения вант состоит из следующих шагов:

Данный алгоритм накладывает определенные ограничения на характеристики канатов. Поясним их происхождение на примере плоской задачи

Чем больше натяжение канатов, тем больше жесткость конструкции. Однако при заданном сечении каната она не беспредельна. Если канаты очень сильно натянуты, то их работа эквивалентна работе стержней соответствующего сечения. Составляя равновесие узла, получаем

Здесь N – усилие в стержнях (или, что то же, приращение усилий в сильно натянутых канатах), P – результирующее компенсирующее усилие со стороны канатов. Откуда

где EA_min минимальная жесткость канатов, способных обеспечить требуемую жесткость системы P/D.

Если производится подбор сечения канатов, то программа проверяет условие N <[N] (здесь [N] – предельно допустимое натяжение каната). Очевидно, если канат сильно натянут, то справедлива стержневая аналогия и можно записать

Откуда

и, совмещая с предыдущим условием, имеем

В результате получаем нижнюю границу допустимого натяжения вант

Программа проверяет оба эти условия и, в случае неудовлетворения им, выдает предупреждающие сообщения 136S и 139S. В случае получения такого сообщения, иногда может помочь изменение показателя натяжения канатов (положение слайдера на панели) или же включение флага Разрешить варьировать сечением каната.

Если включить флаг Разрешить варьировать сечением каната, программа подберет по каждой группе жесткостей канатов минимальное сечение кабеля и определит их проектные натяжения, обеспечивающие выполнение заданных условий. Такая стратегия (минимальное сечение канатов) обеспечивает минимальную продольную сжимающую силу конструкции мачты. Чтобы программа смогла подобрать сечение канатов, необходимо в таблице Конечные элементы задать для вантовых элементов Предельное натяжение каната или на панели Свойств конечных элеметов (см. п. Задание свойств конечных элементы) Графического редактора для канатов задать параметр N. Если ванты нескольких ярусов ссылаются на одну и ту же группу жесткости, и включен флаг Разрешить варьировать сечением каната, программа будет синхронно менять сечения канатов для всех вант, относящихся к этим ярусам. Если включен флаг Разрешить варьировать сечением каната и предельное натяжение каната для какой-либо группы жесткости вант не задано, программа подберет оптимальное натяжение каната, не меняя его сечения.

Если монтажные натяжения канатов успешно подобраны, программа переписывает колонку Длина ванта в таблице Установки вантовых элементов. Если подбирались сечения вантовых элементов, то для соответствующих групп жесткостей переписываются параметры EA, p, d и N в таблице Конечные элементы. После чего программа выполняет статический расчет мачты на все заданные загружения. Результаты расчета доступны для просмотра в режиме Статика результатов расчета. Откорректированные данные задачи пригодны для использования во всех допустимых режимах.

При подборе сечений вант программа не пользуется сортаментами канатов, и предполагает, что параметры каната меняются в одной и той же пропорции. Поэтому, после выполнения данного расчета, следует ввести для подобранных канатов реальные ближайшие по сортаменту данные и выполнить перерасчет конструкции. Следует также иметь в виду, что натяжения канатов и их сечения подбираются в данном режиме только по результатам статического расчета. Поэтому, если предполагается также учесть динамические воздействия, необходимо дать некоторый запас по перемещению контрольного узла и предельным натяжениям канатов.