Вантовые сетки

Разнообразные вантовые системы основаны на комбинации отдельных гибких нитей, образующих сетчатые поверхности различной геометрической формы. Вантовые сетки, образующие поверхности положительной и нулевой гауссовой кривизны, например сферические или цилиндрические, являются, подобно отдельной гибкой нити, системами геометрически изменяемыми, т. е. сильно меняющими свою форму в зависимости от места приложения нагрузки. Такие сетки могут применяться лишь в качестве конструктивной основы для укладки по ним железобетонных плит и превращения вантовой системы в висячую железобетонную оболочку. Тогда в процессе эксплуатации вантовая сетка играет роль основной несущей растянутой арматуры, работающей совместно с бетоном оболочки. Самостоятельное значение имеют сети, образующие поверхности отрицательной гауссовой кривизны. Характерной особенностью таких сетей является возможность создания в их элементах предварительного натяжения и тем самым повышения их жесткости при действии неравновесных нагрузок. Такие сети можно рассматривать как мгновенно жесткие, т. е. обладающие при определенных параметрах и принципах построения ограниченными деформациями. Наиболее характерными представителями таких вантовых сетей являются сетки с поверхностью типа гиперболического параболоида. Существует большое разнообразие форм поверхностей отрицательной гауссовой кривизны, которые можно описать с точки зрения их геометрического построения движением кривой по другой линии, имеющей кривизну противоположного знака. В частности, получили распространение сетки с шатровой поверхностью. На практике встречаются и более сложные поверхности, имеющие переменную кривизну. В вантовых сетчатых покрытиях с легким кровельным ограждением следует избегать наличия участков с нулевой или положительной кривизной, так как в них невозможно создать предварительное натяжение, поэтому такие участки являются неустойчивыми по отношению к ветровым нагрузкам.

Вантовые фермы

Вантовые фермы – разновидность висячей системы — ферма, все стержни которой при заданных группах (постоянной и временной) нагрузок работают только на растяжение. Элементы ее могут быть выполнены гибкими, например, из тросов (вант). Вантовые фермы применяются в мостах и покрытиях зданий. От постоянной нагрузки, распределенной по всему пролету, во всех элементах вантовых ферм возникают растягивающие усилия. В некоторых стержнях при расположении временной нагрузки на одной части конструкции возникают растягивающие усилия, а при ином расположении врем, нагрузки — сжимающие. Суммарное усилие в каждом стержне от постоянной и временной нагрузок, при любом расположении врем, нагрузки, должно оставаться растягивающим. Отношение абсолютных значений этих двух усилий (растягивающего — от постоянной нагрузки, к максимальному сжимающему — от временной), называемое коэффициент запаса на растяжение, должно быть больше единицы. Характерной особенностью проектирования вантовой фермы является отыскание такой схемы фермы, при которой обеспечивается это требование. Вантовая ферма не допускает применения консолей; ее ненагруженные узлы должны быть расположены внутри выпуклого многоугольника, описанного около контура фермы. Основой для построения вантовой фермы может служить «многопоясной веревочный многоугольник», т. е. семейство веревочных многоугольников (или нескольких их) с одинаковым числом вершин, расположенных на вертикалях; некоторые стороны многоугольников могут сливаться в одну.

Вертикальную узловую нагрузку, действующую на многопоясной многоугольник, можно разложить на группы сил (число групп равно числу узлов в одном многоугольнике), от действия каждой из которых усилия возникают лишь в одном из поясов. Вариацией положения узлов в многопоясном веревочном многоугольнике можно добиться такого вида вантовой фермы, при котором обеспечивается необходимый коэффициент запаса на растяжение. Вес вантовой фермы является функцией положения узлов ее нижнего пояса. Вантовые фермы успешно применяются в конструкциях автодорожных мостов и особенно целесообразны в условиях горного рельефа.