§ 12. Современная конструкция седла для вантовых канатов.

Новая седловая конструкция, разработанная специалистами компании «VSL» для канатов вантовых мостов системы SSI 2000, установлена на мосту Унам в Южной Корее.

Специалисты VSL разработали новую конструкцию седла для ван­товых канатов SSI 2000. Она при­годна не только для арочных, но и для вантовых мостов, в которых на пилон действуют неуравновешен­ные силы от вантовых канатов.

Современные мосты проекти­руют с расчетным сроком службы 120 лет, в то время как средний срок службы вантовых канатов ограничен только 60 годами. Яс­но, что в процессе эксплуатации возникает проблема замены вант. Однако эта операция может по­требовать временного закрытия движения по мосту. Поэтому группа исследователей из компа­нии «VSL» занялась разработкой новой конструкции седла, кото­рая отвечала бы требованиям проектировщиков и организаций, занятых эксплуатацией мос­тов. Одна из основных задач, ре­шавшихся инженерами на протя­жении всех исследований, состо­яла в создании конструкции сед­ла, которая упрощала бы кон­струкцию пилона, позволяя со­кратить поперечные размеры его верхней части, и делала бы об­щий вид пилона более привлека­тельным при сохранении его ос­новных функций.

Новая конструкция седла представляет собой изогнутый металлический короб прямоу­гольного поперечного сечения, заполненный высокопрочным упругим полимерцементным рас­твором. Эта компактная конструкция седла не ухудшает выносливость канатов вант и обеспечи­вает высокие силы трения, кото­рые передают неуравновешен­ные суммарные усилия от кана­тов на пилон. Кроме того, появля­ется возможность поочередной установки и замены отдельных прядей. При этом в каждой пряди напряжение можно создавать ин­дивидуально. Специальная система антикоррозийной защиты предохраняет канаты внутри ко­роба от коррозии.

Каждая прядь внутри короба свободна и полностью независима от остальных. Чтобы снизить риск коррозии специально отказались от пропуска прядей через сталь­ные трубки. Для пропуска каждой пряди через седло служит индиви­дуальный канал, который сформирован при помощи специального каналообразователя в массе полимерцементного раствора.

Преимущество новой седловой конструкции состоит в том, что поперечное сечение канала в них овальное, а не круглое, как в случае индивиду­альных метал­лических трубок для каждой пря­ди. Специалисты VSL в поисках оптимального сечения канала провели глубокие исследо­вания и в результате выявили, что овальная форма создает очень вы­сокий коэффициент трения между каналом конструкции и прядью, оставляя в то же время достаточ­ный зазор, обеспечивающий лег­кость ее установки и замены.

На некоторых мостах канаты испытывают значительные угло­вые колебания в месте опирания на пилон, что может вызвать по­степенное ослабление защитных и механических характеристик стали, из которой они из­готовлены. В новой конструкции седла предусмотрены специаль­ные меры для ликвидации этого явления. Любая прядь, которая ис­пытывает изгибные угловые коле­бания, защищена специальным до­полнительным отрезком ориги­нального шланга из полимерной литой смолы. Он является как бы продолжением основного канала в теле короба, заполненно­го полимерцементным раствором. Кроме того, соединение защитно­го чехла каната ванта с седловой опорной частью выполнено не жестким, а гибким, уменьшая тем самым риск накопления усталост­ных напряжений, когда жестко за­деланный канат подвергается по­вторяющимся цикличным угло­вым колебаниям.

Внутри седла пряди независимы одна от другой и установлены в индивидуальные каналы. Создание каналов в толще полимерцементного раствора осуществляется специальными каналообразователями. Риск коррозии ограничен тем, что пря­ди устанавливают непосредствен­но в каналы, а не в стальные трубки. Число каналов соответствует числу прядей, однако могут быть устроены и дополнительные кана­лы, что упростит замены прядей, а при необходимости - и их добавление. Конструкция седла не требует каких-то новых дорогостоящих прядей или специальных приспособлений для их защиты, она рассчитана на применение стандартных прядей со стандарт­ной защитой. Такие же пряди, из­готовленные из оцинкованной проволоки и защищенные поли­мерным чулком с парафиновым наполнением внутри, применяют в системе SSI 2000. Перед установкой пряди в седловую опорную часть защитный полимерный чу­лок должен быть удален на длине соприкасания пряди с конструк­цией. Незащищенный участок смонтированной пряди находится в непосредственном контакте с полимерцементным раствором.

После установки прядей каналы инъектируют специальным соста­вом, который должен компенсиро­вать, отсутствие чулка на пряди. Этот состав предохраняет прово­локу от ржавчины, обладает хоро­шей адгезией и не препятствует пе­ремещению пряди внутри канала. После окончания установки всех прядей указанный состав инъектируют с помощью насоса.

Заполнитель тот же самый, что и применяемый в анкерах VSL по­скольку его эффективность была достаточно успешно продемон­стрирована на проведенных испыта­ниях па герметичность анкеров. Кроме того, указанный материал снижает коррозионное истирание.

Узел присоединения защитного чехла каната к седловой конструк­ции аналогичен стандартному со­единению, применяемому в вантовой системе SSI 2000. На вантовых мостах ре­комендуется устройство гибкого соединения, поскольку оно более податливо при угловых колебаниях каната. Стандартная труба поли­этиленового защитного чехла мо­жет беспрепятственно переме­щаться внутри деформационного патрубка. На некотором расстоя­нии от седловой конструкции уста­навливают стяжное

кольцо, чтобы внешние пряди каната вошли во внутреннюю трубу чехла каната.

Поперечное сечение каналов, через которые пряди проходят внутри седла, некруговое. Форма его выбрана после длительных испытаний, проведенных специа­листами VSL. Поперечное сечение канала в новой седловой кон­струкции должно отвечать двум техническим требованиям. Пер­вое состоит в обеспечении высо­кого коэффициента трения и в отсутствии сцепления пряди со стенками канала. Это выпол­няется за счет того, что прядь не касается всей нижней полуокруж­ности канала. Она заклинена только обеими сходящимися к ни­зу боковыми стенками канала. Второе требование состоит в обеспечении достаточной свобо­ды перемещения пряди в канале, что необходимо при ее установке или замене. Для этого верхняя по­луокружность канала выполнена несколько большего диаметра.

На участках, близких к торцу седла, вместо полимерцементного раствора полость заполнена высокоэластичным материалом на основе полимерной смолы. Этот материал защищает прядь при ее выходе из седловой кон­струкции, в тех зонах, где она начинает подвергаться угловым ко­лебаниям. На расстоянии 300 мм от седловой конструкции распо­ложены поперечные пластины, которые поглощают поперечные усилия в пределах длины седла, не передавая их на пряди, без учета дополнительного влияния пило­на, также сдерживающего попе­речные колебания.

На канат ванта, проходящий че­рез седловую конструкцию, с обеих сторон пилона могут действовать разные по величине неуравновешенные силы, способные сдвинуть канат внутри, однако такое его смещение невозможно вследствие высокого трения прядей о стенки каналов.

Первая серия испытаний была проведена на системе, использу­ющей стандартные моностренды. Испытания проводили в лабораториях VSL в Швейцарии и Юж­ной Корее, а также на заводе фир­мы «СТТ» в Испании. Цель испы­таний состояла в определении коэффициента трения между прядями с чулком из разных ма­териалов и каналом седловой конструкции с различными попе­речными сечениями и выполнен­ными из различных материалов. Коэффициент трения, измерен­ный в новой седловой конструк­ции, лежит в диапазоне от 0,4 до 0,6 в зависимости от величины разности усилий по обе стороны пилона. Кроме того, этот коэф­фициент в процессе возведения пролетного строения и до инъектирования каналов растет при­мерно на 25 %.

Проведение проверки на вы­носливость оказалось не такой простой задачей, если строго сле­довать методике, так как испыта­тельные лаборатории не оснащены для выполнения такого рода тестов.

Испытания, проведенные с уменьшенным числом прядей, под­твердили, что рассматриваемая седловая конструкция не снижает выносливость каната. 'Гесты на ус­талостную прочность проводили в Южной Корее с целью получить согласие на использование указан­ной седловой конструкции на мос­ту Унам, а второй цикл испытаний провели в 2008 г. в лаборатории Арр1us близ Барселоны для согла­сования ее применения на мосту Катумбела в Анголе.

Четыре пряди с чулком были ус­тановлены в седловой конструкции длиной 4,5 м и радиусом закругле­ния 4,5 м. Продолжительность испытаний составила два милли­она циклов, после чего растяги­вающие напряжения в проволоке прядей оказались 1860 МПа (60% от гарантированной предельной прочности проволоки на растя­жение). Диапазон изменения на­пряжений составил 70 МПа. Седловые конструкции изготовляют на заводе СТТ Stronghold в Барселоне, Испания.

Деталь седловой опорной части с вырезом, показывающим размещение прядей вантового канала.