KÖTÉLSZERKEZETEK. Különleges Tartószerkezetek Hegyi Dezső Jegyzet kézirat v1 Kötélszerkezetek

Különleges Tartószerkezetek Jegyzet kézirat 2012. v1

Hegyi Dezső Kötélszerkezetek

K ÖTÉLSZERKEZETEK A kötélszerkezetek olyan szerkezeti elemekből épülnek fel, melyek csak húzószilárdsággal rendelkeznek. Ez a valóságban azt jelenti, hogy a szerkezeti elemeink a geometriai kialakításuk miatt, a nagy karcsúságuk és a belső szerkezetük okán nem alkalmasak nyomás felvételére, de maga a felhasznált anyag más geometriával alkalmas lehetne erre (pl. acél). Az, hogy nincs lehetőségünk nyomóerő felvételére erősen meghatározza a szerkezet geometriáját: olyan elrendezést kell találunk, ami mellett a szerkezet alkalmas a terhek felvételére. Ha gerendaként szeretnénk beépíteni egy kötelet, azaz két pont közé kifeszített kötelet szeretnénk teherhordó szerkezetként használni, könnyű elképzelni, hogy a ráhelyezett teher hatására a kötél nagy alakváltozásokat fog szenvedni. A teher hatására a kötél úgynevezett kötélgörbe alakot vesz fel, ami megegyezik a támaszok közé képzelt egyenes tengelyű tartón a teher hatására kialakuló nyomatéki ábrával. Az, hogy mennyit lóg be a kötél a teher hatására, attól függ, hogy milyen hosszú volt eredetileg a kötél. A kötélben ébredő erő annál nagyobb lesz, minél laposabban fut a kötél, hiszen az erő függőleges komponense adott, a vízszintes komponens és az eredő annál nagyobb, minél hegyesebb szögben fut a kötél. Kötélgörbe alak kialakulása

Ha a kötél deformálatlan hossza éppen megegyezik a támaszközzel, akkor is lehajlik a teher hatására, különben nem lenne képes a teher egyensúlyozására: a kötélben csak normálerő ébredhet, és a függőleges terhet csak a normálerő függőleges komponense egyensúlyozhatja. A teher hatására a kötél megnyúlik, a deformált hossz nagyobb lesz a támaszköznél, és így kialakul a kötélgörbe. Ezt úgy is megfogalmazhatjuk, hogy a két pont között elhelyezett kötél nagyobb

1


a)

b)

Hegyi Dezső Kötélszerkezetek deformáció nélkül nem alkalmas a tengelyére merőleges tehernek a felvételére. A szokványos statikai vagy szilárdságtani módszerekkel nem vizsgálható az egyensúly, csak a nagy elmozdulások figyelembevételével. Szokás nagy elmozdulások elméletéről, vagy geometriai nemlinearitásról is beszélni ezeknél a feladatoknál.

N=0

Érdekes, hogyha megfeszítjük a kötelet, akkor is csak nagyobb deformáció után képes a teher felvételére, de ugyan akkora teher hatására a deformáció kisebb lesz. Ez azért van, mert a deformálatlan hossz kisebb a támaszköznél, és az egyensúlyozáshoz szükséges függőleges erőkomponens már kisebb elmozdulás esetén kialakul. Ez azt is jelenti, hogy a megfeszített kötél merevebb a megfeszítetlen kötélnél, és furcsa módon az egyenes megfeszített kötélnek a tengelyére merőlegesen is van merevsége. Ezt a merevséget geometriai merevségnek nevezzük. A megfeszített kötélre úgy tekinthetünk, hogy kétféle merevséggel rendelkezik: az egyik a szokásos megnyúlással szembeni ellenállás, a másik a kötélben működő erő irányának a megváltoztatásával függ össze, hiszen ehhez is erőre, munkavégzésre van szükség.

N>0

b)

a)

A geometriai merevségnek fontos a szerepe a végeselemes számításokban is. Ha megfeszítetlen térbeli kötélszerkezetet vizsgálunk, melynek elemei a szerkezet egy részén egy síkban esnek, akkor erre a síkra merőlegesen nem lesz merevsége a szerkezetnek, ami instabillá teszi a feladat megoldását. Jó eséllyel nem lehet megoldani a feladatot. Ha figyelembe vesszük a geometriai merevséget, akkor kiegészül a merevség a síkra merőleges komponenssel és a feladat megoldhatóvá válik. A kereskedelmi programok legnagyobb része nem veszi számításba a geometriai merevséget, ezért nem képes megbízhatóan számítani a kötélhálók erőjátékát.

Megfeszített és megfeszítetlen kötél erő-elmozdulás diagramja A Bevezetés a tartószerkezetek tervezésébe c. tárgyban számítottuk a kötélszerkezet alakváltozásait. Azt tapasztaltuk, hogy az alakváltozások

2


Hegyi Dezső Kötélszerkezetek hatására megváltozik a szerkezet erőjátéka, pontosabban a kötélben ébredő erők: nagyobb lesz a belógás, meredekebb lesz a kötél és így csökken a kötélerő. Egy lépésben ki sem tudjuk számítani a kötél végső geometriáját és a benne ébredő erőt, több lépésben kell elvégezni a számításokat. Mivel a belógás lépésről lépésre nő, a kötelekben működő erő lépésről lépésre csökken, ami számunkra kedvező. Elmondhatjuk, hogy minél lágyabb a szerkezet, annál nagyobbak lesznek az alakváltozások, és annál kisebbek lesznek a szerkezetben működő erők. Azért ezzel vigyázzunk, ha túlságosan lágy a szerkezetünk, akkor ugyan kisebbek lesznek a belső erőink, de az alakváltozásaink túl nagyok, ráadásul a szerkezetünk érzékeny lesz a dinamikus hatásokra (pl. szélteher). Érdekes még, hogy az alakváltozások hatására a húzott szerkezetben csökkennek az igénybevételek, így a szerkezet általában nem mehet tönkre stabilitásvesztéssel, ellentétben a nyomott szerkezetekkel. Minden szerkezet alakja változik a terhek hatására, és ez mindig megváltoztatja a szerkezetben működő erőket, de ez általában elhanyagolható. Azonban a kábelek teherbírása nagy a keresztmetszeti méretükhöz képest, és emiatt a terhek hatására a megnyúlásuk is nagy. Ha összehasonlítjuk a normál szerkezeti acéllal azt láthatjuk, hogy a szilárdság és a rugalmassági modulus aránya ~350/200000=0,17% a normál acélnál, a sodronyköteleknél pedig ~1500/150000=1%, azaz a szakító erőhöz tartozó megnyúlás kb. ötszörös a sodronyköteleknél. A gondolatmenetet onnan indítottuk, hogy két pont közötti távolságot gerendaként hidaljuk át egy kötéllel. Azonban fontos észrevenni, hogy a kötél nem csak függőleges, hanem vízszintes erőt is átad a támaszra, tehát a "gerenda" mindkét oldalán szükség van vízszintes megtámasztásra is. Ráadásul a vízszintes támaszerő rendszerint nagyobb is a függőleges támaszerőnél, különben a szerkezet belógása túlságosan nagy lenne.

3


Hegyi Dezső Kötélszerkezetek Alaktartás Épületeknél általában nem megengedett, hogy a tartószerkezetek túl nagy alakváltozást szenvedjenek. Valami módon biztosítanunk kell a szerkezetünk alakját, hogy a lehetséges teherelrendezések esetén a szerkezet alakja csak kis mértékben változzon meg. Ballasztsúly Ha a szerkezet alakját egy olyan nagyobb teher határozza meg, ami sokkal nagyobb a többi lehetséges tehernél, akkor a többi teher hatására már csak kis mértékben módosul a szerkezet alakja. A megoldás hibája, hogy az egyébként könnyű kötélszerkezetet nehézzé kell tennünk ahhoz, hogy jól használhassuk. Akkor lehet kedvező ez a megoldás, ha a ballasztsúlynak funkciója van. Pl. sportcsarnokokat építettek így: forgásfelület szerkezetről középre belógatott ballasztsúly biztosítja az alaktartást, ahol a ballasztsúlyt gépészet vagy éppen közvetítő állás biztosítja. Merev szerkezettel való összeépítés Az alaktartást úgy is biztosíthatjuk, hogy olyan szerkezettel építjük össze a kötéltartónkat, amelynek van hajlítási merevsége. Ekkor a merev szerkezet egyszerre ballasztsúly is, hiszen egy hajlítási merevséggel rendelkező szerkezet önsúlya általában nagy.

Alvaro Siza: Portugál pavilon az 1998-as liszaboni EXPO-ra

A merev szerkezettel való összeépítés esetén nem mindig egyértelmű, hogy kötélszerkezetről, vagy kötéllel kiváltott, aláfeszített hagyományos szerkezetről van-e szó. Ha a terhek felvételéhez szükséges alakváltozási energia nagyobb részt a hajlításból származik, akkor kötél kiváltásról beszélhetünk, ha a kötélben ébredő normálerőkből, akkor merev

4


Hegyi Dezső Kötélszerkezetek szerkezettel összeépített kötélszerkezetről. Másként fogalmazva, ha a kötélszerkezetet arra használjuk, hogy javítsuk a hajlított szerkezetünk erőjátékát, akkor kötél kiváltásról beszélünk. Ha a kötél erőjátéka a domináns, akkor merev szerkezettel összeépített kötéltartóról. Kötél-rácsostartók Tisztán kötélszerkezettel is megoldható az alaktartás. Ha a tartókötelet lefeszítjük egy ellentétes görbületű kötéllel, akkor a lefeszítő kötél is biztosíthatja az alaktartást. A szokásos elnevezés a tartókötél és a lefeszítő kötél, mely arra utal, hogy a jellemzően gravitációs terheinket a lefelé hajló kötél hordja, miközben a felfelé hajló kötél az alaktartást biztosítja. Az angol elnevezések talán szerencsésebbek: a snow-cable hordja a lefelé mutató terheket és a wind-cable hordja a felfelé mutató terheket. A feszítő- és a tartókábel egymáshoz képest többféleképen is elhelyezkedhet: bármelyik lehet felül, akár össze is metsződhetnek. Az egymáshoz képesti helyzet határozza meg azt, hogy a rácsrudakban húzás vagy nyomás ébred. Általában a statikailag határozott rácsozás a szerencsés, de az összekötő kábelek lehetnek statikailag túlhatározott, labilis rendszerben is, azaz létrás kialakítással, de ekkor előfeszítés nélkül nem lehet alaktartó a szerkezet. A kötél rácsostartókat egyébként is mindenképen össze kell feszíteni. Erre azért van szükség, mert ha rácsostartóként gondolunk a szerkezetre, akkor az egyik öv mindenképen nyomott volna. Ezt kábeleknél nem engedhetjük meg, ezért legalább akkora erővel elő kell feszítenünk a kábeleket, amekkora nyomóerő ébredne bennük a terhek hatására. A rácsrudak igénybevételei általában sokkal kisebbek az öveknél, ezért itt megengedett a nyomott rudak alkalmazása, természetesen hajlító merevséggel rendelkező keresztmetszettel.

5


Hegyi Dezső Kötélszerkezetek A rácsrudak elrendezése szempontjából elkülöníthetünk rácsos, létrás és sugaras elrendezést. Egyrétegű kötélhálók Ha a kötélrácsostartó tartó és lefeszítő kötelei nem egy síkban helyezkednek el, hanem térbeli szerkezetet alkotnak, akkor el is hagyhatjuk az összekötő rácsrudakat, és készíthetünk egy egyrétegű kötélhálót. Az így kialakított felületnek hiperbolikusnak kell lennie ahhoz, hogy a két irányú hálózat egymást megfeszíthesse. Lehetséges elliptikus felület kialakítása is, de ekkor szükségünk van egy olyan külső hatásra, ami egyensúlyt tart a kötelekben működő erőkkel. Ilyenek a légtartós szerkezetek, amikről részletesebben a ponyvaszerkezeteknél lesz majd szó. Az egyrétegű kötélhálót kialakíthatjuk két irányban futó kötelekkel és három irányban futó kötelekkel is. Ha csak kétirányú hálózatunk van, akkor a szerkezetünknek nem lesz nyírási merevsége, a felület labilis. Ez azt jelenti, hogyha a hálózat által kifeszített felületre vonatkoztatott főfeszültségek irányai nem esnek egybe a kötélhálóval, akkor a kötélháló nagy deformációkat szenved, a szálak "zárnak". Ha háromirányú kötélszerkezetet készítünk, akkor úgy tekinthetjük, mintha a felületen minden irányban közel azonos merevségünk lenne, és nyíró merevségünk is volna. Látszólag előnyösebb a három irányú hálózat alkalmazása, azonban ezeknek a szerkezeteknek a kialakítása költségesebb. A kétirányú hálózatnál pedig viszonylag könnyű úgy felvenni a kötélirányokat, hogy azok a folytonos héjfelületre számított főfeszültségek közelében legyenek.

6


Hegyi Dezső Kötélszerkezetek A kétirányú egyrétegű kötélhálózatok legjellemzőbb elrendezései a következők: alaprajzi vetületében merőleges hálózat; főgörbületi hálózat; geodetikus hálózat, négyszög hálózatból kialakított felület. Az alaprajzi vetületében merőleges hálózat akkor kedvező, ha a felület görbületei viszonylag kicsik. Továbbá az ilyen hálózatok vizsgálata, illetve a kezdeti alak felvétele egyszerűbb ilyen kötélhálózat esetén. Erről a szabadon formált héjfelületeknél már volt szó. Ennek a szempontnak addig nagy volt a jelentősége, amíg nem terjedtek el a nagyteljesítményű számítógépek. A főgörbületek általában közel esnek a főfeszültségekhez, ezért kedvező, ha a köteleinket is a főgörbületek irányába futtatjuk. Az egymást keresztező kábelek egymásra merőlegesek ebben az esetben. Ha a kábeleink nem a főirányokba futnak, akkor nyíróerőt is kell egyensúlyoznunk. Ha csak két irányú hálózatunk van, akkor a hiányzó nyírási merevséget az előfeszítés (geometriai merevség) helyettesíti, és nagyobb nyíróerők esetén nagyobb előfeszítésre lesz szükségünk ahhoz, hogy a szerkezet deformációi elfogadhatóan kicsik legyenek. (Nagyon nagy deformációkkal általában fel lehetne venni bármilyen terhet.) Ha egy kötélhálót a felületen belül árboccal támasztunk alá, akkor a szinguláris pont miatt érdemes főgörbületi hálót választani, így a nagyobb erőket nagyszámú kötél veszi fel. A geodetikus vonal a görbült felület két pontja között húzható legrövidebb vonal. Szépészeti szempontból nézve, ha a geodetikus vonalak végpontjait jól vesszük fel a peremeken, akkor szép hálózatot kapunk. Fizikailag úgy kaphatjuk meg a geodetikus vonalakat, ha csúszós felületen két pont között kifeszítünk egy kötelet. Ha így hozunk létre egy kétirányú hálózatot, akkor a feszítés hatására az egymást keresztező kábelek között nem lép fel erő, csak a felületre merőleges kapcsolati erő működik.

7


Hegyi Dezső Kötélszerkezetek Ha síkban kialakítunk egy négyszög hálózatot, akkor azt tetszőleges térbeli görbült felületre rá tudjuk feszíteni. Természetesen a négyzetekből rombuszok lesznek. Ilyenek például a kötélhálókkal rokon lécrács héjak. Kötélhálóknál praktikus lehet ez a megoldás, ha négyzetes raszterben előregyártott hálózatból szereljük össze a szerkezetünket. Ilyen például a halászhálók mintájára gyártott webnet, mellyel változatos geometriájú fedéseket alakítanak ki.

A KÖTÉL, MINT ÉPÍTŐELEM A tartószerkezeti kötelek felépítése A történelem folyamán állati és növényi eredetű anyagokból készítettek köteleket. Ma is elterjedtek a kenderkötelek. A modern kötelek műanyagokból vagy acélból készülnek általában. A régi és az új kötelek is hasonlóan készülnek: vékony szálakat sodornak össze úgy, hogy kialakuljon egy hosszú, hajlékony, de lehetőleg nagy húzószilárdságú szerkezeti elem. A tartószerkezet építésben ma elsősorban acél kábeleket használunk, de műanyag kötelek is előfordulnak elsősorban ideiglenes szerkezeteknél. Az acél sodronykötelek úgy épülnek fel, hogy a szálakból pászmákat sodornak, majd a pászmákból újabb sodrással összeállítják a kötelet. Ahhoz, hogy a sodrat egyben maradjon, az elemi szálakat a sodrással ellentétes irányban meg kell csavarni. A szálak és a pászmák lehetnek különböző méretűek és elrendezésűek. Készítenek olyan kábeleket is, amiknek a szálai nem is kör keresztmetszetűek, hanem profilozottak. Az ilyen szálakat általában zárt kötelekhez használják, melyeket olyan helyen

8


Hegyi Dezső Kötélszerkezetek használják, ahol fontos, hogy a kötél kevésbé koszolódjon. A tömörebb kialakítás következtében a kötél keresztmetszetének kitöltöttsége nagy a zárt kötelek esetén, ezért az átmérőhöz viszonyított teherbírás is nagy ezeknél a köteleknél. A jobb hajlíthatóság érdekében a kötelek középső részébe gyakran tesznek kender vagy gumi kötelet. Ettől lágyabb lesz a kötél szerkezete. Ez fontos lehet akkor, amikor mozgó szerkezetet készítünk, de szerelés közben is könnyebbséget jelent a hajlékonyság. Ezt a szálat a kötél lelkének is nevezik. A szálakhoz nagy szilárdságú acélt használnak. Az elemi szálak szakítószilárdsága 1000-2000 N/mm2 között van. A kötél keresztmetszeti területére vonatkoztatva 500-1000 N/mm2 szakítószilárdságot vehetünk figyelembe tekintettel arra, hogy a teljes keresztmetszet nem kitöltött, és a sodrás is csökkenti a szilárdságot. Minden kötélre külön meghatározzák a szakítóerőt. A kötél általában hasonlóan viselkedik, mint egy konzol: ha a kötél szakad, akkor nincs "pótkötél", azaz olyan lehetséges statikai elrendezés, ahol a szerkezet még állékony lehet akár csak ideiglenesen is. Ezért az üzemben felszerelvényezett köteleket rendszerint próba terhelik. A kötelek teherbírásának parciális tényezője építészeti alkalmazásnál 2 körül van, valamint a kapcsolatok gyengítése miatt szokás 10%-al csökkenteni a teherbírást. (Pl. a Pfeifer cég 1,5-ös parciális tényezőt ír elő a saját kapcsolóelemeivel felszerelvényezett kötelekre, ami igen kedvező érték.)

A Pfeifer cég zárt kötelei

Ha összevetjük azonos átmérőjű (a) S235-ös anyagminőségű köracél húzási teherbírását és egy (b) 1500 N/mm2 szakítószilárdságú kábel húzószilárdságát, akkor hasonló értéket kapunk: (a) 0,9x360/1,25=260 N/mm2; (b) 0,5x0,9x1500/2=337 N/mm2. Ennek ismeretében vajon mi értelme kötelet alkalmaznunk? Hiszen a nagy szilárdságú alapanyag ellenére alig van teherbírás többletünk. Rendszerint akkor használunk

9


Hegyi Dezső Kötélszerkezetek kötelet, amikor nagyon hosszú vagy nagyon hajlékony elemek beépítésére van szükség. Egy kötél akár végtelen hosszú is lehet. Az elemi szálakat a gyártás közben hegesztéssel toldják (ez nem jelenti azt, hogy a kész kötél is hegeszthető volna), és ha a szálak toldása elég messze van egymástól, akkor a kötél teljes értékűnek tekinthető. A beépítés jellege határozza meg azt, hogy milyen sűrűn lehet toldani az elemi szálakat. A két véglet a felvonókba beépített kötél, amiben nem lehet toldás és a dinamikus hatásnak nem kitett szerkezetek (tipikusan az építészeti alkalmazások). A kötelek többféle felületkezeléssel készülhetnek. Az erősen bordázott felület miatt a festés nem a legjobb megoldás, de időnként alkalmazzák. Ha lehetőség van a folyamatos zsírozásra vagy olajozásra, akkor nincs szükség további felületvédelemre. Ez a megoldás inkább csak mozgó gépészeti berendezéseknél lehetséges. Tartószerkezeteknél leggyakoribb a horganyzott kábel alkalmazása. A horganyzás hosszútávon tartós védelmet biztosít. Azért óvatosnak kell lenni, mert pl. talajjal érintkezve viszonylag hamar elkorrodál a horganyzással védett kábel is. Megbízható és szép megoldás a rozsdamentes acél kábel. Azonban ezek a kötelek gyengébbek és nagyon drágák (az árkülönbség 3-4-szeres!). Ha építészetileg igényes helyen használunk kötelet, akkor számításba jöhet a rozsdamentes kábel, de 5-10m-es távolságból már alig lehet megkülönböztetni a rozsdamentes és a horganyzott kábelt.

10


Hegyi Dezső Kötélszerkezetek A kötelek kapcsolatai A kötelek belső szerkezetéből adódóan a kapcsolatok kialakítása nehéz: a hagyományos acélszerkezeti megoldásokat nem alkalmazhatjuk. Nem hegeszthetünk, és nem alakíthatunk ki csavaros kötéseket a kötélen. Két alapvető kapcsolási mód van: hurkot alakítunk ki a kötél végére, vagy kiegészítő elemmel látjuk el.

Fuxolás: a kötelek végét szétbontják, és a hurok nyakánál összefonják a szálakat önmagukkal

A hurkos kötések az egyszerűbbek. Ilyenkor a kötelet átfordítjuk a rögzítési ponton, és önmagával kapcsoljuk össze. Három alapvető elkészítési mód van: a fuxolás, a préselés és a bilincs alkalmazása. A fuxolás a hurok kialakításának ősi módja. A kenderkötelek végeit is így zárták le a régi időkben. A kötél végét szét kell bontani, majd a hurok nyakánál össze kell fonni a szálakat önmagukkal. A kapcsolatot a szálak közötti súrlódás adja, de megfelelő fonási technikával a kötél teherbírásával egyenértékű kapcsolat alakítható ki. A kapcsolat előnye, hogy nem épül be külön elem, és viszonylag lágy marad a kapcsolat környéke is, és így az elemi szálak kevésbé sérülékenyek. Hátránya, hogy a fonás lassú, körülményes feladat.

Préselés: alumíniumhüvelyt préselnek a kötélpárra, mely során súrlódásos kapcsolat jön létre

A préseléses kapcsolatot a mai szakzsargon gyakran fuxolásnak nevezi, de ez helytelen szóhasználat. A préselés során egy alumínium hüvelyt préselnek a kötélre, azaz a kötélpárra. A préselés nem csak súrlódásos kapcsolatot hoz létre: a nagy nyomás hatására az elemi szálak egymással és a hüvellyel is fémes kötést létesítenek. A kapcsolat előnye, hogy gyorsan és megbízhatóan készíthető. Hátránya, hogy a kapcsolat környékén felkeményedik az anyag, ezért a kapcsolat érzékeny lesz a dinamikus hatásokra. Ma elsősorban ilyen kötéllezárásokat alkalmazunk. A helyszínen rendszerint nincs mód és hely a préselésre valamint nincs

11


Hegyi Dezső Kötélszerkezetek idő a fuxolásra. Bilinccsel készíthetünk ilyenkor hurkot. A bilincs egy U alakú csavarból és egy öntvény nyeregből áll. A nyereg és az U talpa közé kerül be a két toldandó szál egymás fölé. Az összekapcsolást az összeszorított elemek közötti súrlódás biztosítja. Az U felülete sima, a nyereg viszont bordázott. A kapcsolatnak így van egy erős oldala (a nyereg) és van egy gyenge oldala (az U csavar). A kötéseket úgy kell kialakítani, hogy a nyeregbe mindig az a kötél szár feküdjön, amelyikben a nagyobb erő van. A gyártók megadják, hogy adott kapcsolat típusnál hány darab bilincsre van szükség ahhoz, hogy a kapcsolat egyenszilárdságú legyen a kötéllel. Elvileg kötél toldására is használható lenne a bilincs, de a tapasztalat szerint nem megbízhatóak az ilyen kapcsolatok. A bilinccsel készített kapcsolatok előnye, hogy viszonylag gyorsan elkészíthetőek a helyszínen. A préselt kapcsolathoz hasonlóan itt is roncsolódnak a kötél elemi szálai. A bilincsel készített kapcsolatok nem túl szépek, igényes építészeti környezetbe kerülendő az alkalmazásuk.

Préselt kapcsolatoknál alkalmazott hüvelyek

Kötélszív

A hurkos kapcsolatoknál, és általában minden kötél kapcsolatnál ügyelni kell arra, hogy a kötél ne törjön éleken. Az élek erősen rongálhatják a kötél szálszerkezetét és tönkretehetik az elemi szálakat. Adott átmérőhöz és adott szálszerkezethez mindig tartozik egy sugár, amin már biztonsággal át lehet fordítani. Ezt azonban a gyártok ritkán közlik. A legmegbízhatóbb módon úgy vehetjük fel az átfordítási sugarat, hogy megkeressük az adott kötélátmérőhöz tartozó kötélszívet, és annak az ívét használjuk. A kiegészítő elemmel készített kapcsolatok alkalmazása esetén a kötél egyenesen maradó végére kerül egy kapcsoló elem. Az ilyen kapcsolat lehet préselt vagy kiöntött. A kapcsoló elem vége bármilyen hagyományos acélszerkezeti megoldással készülhet, tipikus a menetes szár és a villás kapcsolat. A préselt kapcsolatoknál egy olyan hüvelybe vezetjük a kötél végét,

12


Hegyi Dezső Kötélszerkezetek amely hüvelynek a másik végén rajta van egy kapcsolóelem. A hurkos préselt kapcsolathoz hasonlóan nem csupán a súrlódás, hanem bizonyos fémes kötés is kialakul az elemi szálak és a hüvely között. A kötéllel egyenszilárdságúak ezek a kapcsolatok is.

Ellenmenetes feszítőcsavarok

A kiöntött kapcsolatoknál egy esztergált vagy öntvény fej készül, ami egy kúp alakú lyukon fogadja a kötelet. A kötelet szétbontott szálakkal helyezik a kúpba, és kiöntik forró fémmel. Az így kialakuló "dugó" megolvasztja kicsit az elemei szálakat is, és így fémes kötés jön létre a szálak és a kapcsoló elem között. Ez a kapcsolat is egyenszilárdságú a kötéllel.

Préselésnél a kötél végére kapcsolt menetesszár Hosszállítás A köteleket mindig úgy kell beépítenünk, hogy lehetőségünk legyen a feszítésre. A kötél természeténél fogva nagyon hajlékony, a kapcsolatai is "lötyögősek", ezért nagyon pontosan legyártott kötélhossz esetén is szükség van a befeszítésre. A korábbiak szerint kötélszerkezeteink megfelelő statikai működéséhez is szükség van előfeszítésre. A hosszállítás legegyszerűbb módja a bilincses hurkos kapcsolat alkalmazása. Ilyenkor a helyszínen állíthatjuk be a kötél hosszát. Ha a

13


Hegyi Dezső Kötélszerkezetek visszafordított kötélszár végére egy segédhurkot teszünk, akkor a beépítés közben megfeszíthetjük a kötelet egy csörlő segítségével. Ez a megoldás utólagos feszítésre is alkalmas. Másik egyszerű megoldás az ellenmenetes feszítőcsavar alkalmazása. Egy kengyelbe befut két csavar, aminek ellentétes irányú a menetemelkedése. Ha tekerjük a kengyelt, az egyik irányban közelednek, a másik irányban távolodnak a csavarok. A csavarok vége többféle kialakítással készülhet. Jellemzően hurkok vagy kampók készülnek, de vannak villás kapcsolatok is. A hurok és a villa alkalmazása a legkedvezőbb. Kampót tartószerkezetekbe lehetőleg ne alkalmazzunk, ha mégis, a kampó öntvény legyen. A csavar saját anyagából visszahajlított kampók teljesen megbízhatatlanok. Préselésnél gyakran kapcsolnak menetesszárat a kötél végére, ami alkalmas lehet a hosszállításra. Az ilyen kapcsolatoknál mindenképen érdemes kontraanyával (dupla anyával) rögzíteni a kapcsolatot, hogy a dinamikus hatások ne lazíthassák fel az anyát.

Bilincses, hurkos kapcsolat alkalmazása hosszállításra

14


Hegyi Dezső Kötélszerkezetek Folyamatosan vezetett kötelek A kötelekben rendszerint nagy erő fut. A kötél méretéhez képest nagy kapcsolóelemekre van szükség az erő bevezetésére más szerkezetbe. Ezért ha lehetőség van rá, biztosítani kell a kábel folytonosságát, és ekkor csak a csatlakozó elemre átadódó erőt kell felvennie a kapcsolóelemnek. Rudakon átfordított köteleknél és összetett kötéltartóknál az a legjobb, ha a becsatlakozó elem a kötélszárak szögfelezőjében fut. Így minimalizálhatjuk a kapcsolóelemekre jutó erőt.

Kábelfolytonosság biztosítása

Felhasznált és ajánlott irodalom: • • •

Rúdon átforduló kötélszerkezet kapcsolata

Pelikán József: Szerkezettervezés. Műszaki Könyvkiadó, Budapest 1970. Kollár Lajos: Mérnöki építmények és szerkezetek tervezése. Akadémiai Kiadó, 2000. Michael Seidel: Tensil Surface Structures. Ernst & Son, Berlin, 2009.

Ábrák, forrásképek: • Horváth Imola Emese rajzai • Tanszéki archívum • Hegyi Dezső archívuma

15

KÖTÉLSZERKEZETEK. Különleges Tartószerkezetek Hegyi Dezső Jegyzet kézirat v1 Kötélszerkezetek

Recommend Documents