В связи с тем что вантовые покрытия представляют собой пространственные конструкции, собираемые из отдельных элементов, предварительное напряжение их выполняется при монтаже непосредственно на строительной площадке. При этом применяют предварительное напряжение: последовательное каждого ванта сети и одновременное всех вант сети.

Первый принцип является наиболее распространенным и универсальным. Производится натяжение каждого ванта, поэтому определение проектной дайны последнего не требует особой точности, так как в процессе натяжения ошибки легко компенсируются. Последовательность подтягивания вант должна быть принята исходя из обеспечения минимальных усилий в опорном контуре при монтаже.

Таким образом может быть осуществлено предварительное напряжение почти любого Байтового покрытия. В вантовых фермах с распорками аналогичный принцип осуществляется в случае, если их напрягают путем последовательной постановки (раздвижки) распорок. В радиальных двухпоясных системах принцип последовательного натяжения эффективно реализуется путем вытяжки лишь напрягающего ванта со стороны примыкания к центральному барабану. Для исключения появления больших изгибающих моментов в бортовом элементе преднапряжение осуществляется в несколько этапов (ступеней) путем последовательного попарного обхода диаметрально противоположных вант.

Более индустриальным является принцип предварительного напряжения, заключающийся в одновременном натяжении всех вант сети. Он предопределяет конструктивное решение бортового элемента, закрепление вант и в определенной степени структуру сети.

Раздвижкой колец центрального барабана двухпоясной радиальной сети покрытия (см. рис. 1.7, б) достигается одновременное предварительное натяжение всех вант. Аналогичное натяжение сети (по характеру) за счет протягивания центральной траверсы-кольца к внутренней опоре достигается в покрытии, изображенном на рис. 1.19, б. Притяжение траверсы можно осуществить натяжными болтами, выпущенными из центральной анкерной опоры и имеющими на концах резьбу. В вантовых фермах принцип одновременного натяжения всех элементов может быть осуществлен при натяжении одного пояса. Последний относится, в основном, к вантовым сетям, имеющим определенные особенности: общий узел для всех нитей, равную величину натяжения и т. д. Однако он применим и к перекрестным сетям.

Можно представить покрытие с ортогональной сетью вант на поверхности гиперболического параболоида, в котором бортовые элементы осуществляют в небольших пределах вращательно-посту-пательное движение. В начальный период бортовой элемент находится в положении, при котором несущие и напрягающие ванты закреплены в бортовом элементе и не напряжены. При повороте и опускании бортового элемента в проектное положение все ванты получают одновременное предварительное напряжение.

Существенный недостаток одновременного натяжения всех вант путем опускания и поворота бортового элемента заключается в повышенной точности определения их проектных длин перед натяжением. Ошибки в длинах вант могут существенно отразиться на работе бортового элемента при предварительном натяжении, так как распределение усилий от вант трудно контролировать. Кроме того, конструкция бортового элемента, обеспечивающего вращательно-поступательное движение, естественно усложняется.

Последовательное и одновременное натяжение вантовой сети может осуществляться одной или многими ступенями.

Для сетей, являющихся основой для создания железобетонных оболочек (радиальные сети, система из параллельных нитей и др.), преднапряжение, как правило, осуществляется путем пригруза их временной нагрузкой с последующей передачей усилий предна-пряжения (после снятия груза) на железобетон оболочек. Величина пригруза обычно принимается равной весу конструкции кровли и снеговой нагрузки.

Принцип преднапряжения путем приложения временного груза применяется также и в других схемах покрытий, в частности, в покрытиях с перекрестными сетями. Прикладывая пригруз ступенями к несущим вантам и соответственно подтягивая напрягающие ванты, можно существенно облегчить работу опорного контура на монтаже 127].

Величина усилия предварительного натяжения определяется расчетом. Жесткость покрытия зависит в основном от кривизны вант и предварительного натяжения, поэтому определение оптимальных величин последнего представляет большой интерес. Исключая частные случаи, эта задача еще не решена и при проектировании покрытий величины предварительного напряжения, удовлетворяющие условиям прочности и жесткости покрытия, находят методом «проб и ошибок», т. е. путем многократного расчета при варьировании параметров задачи. Весьма важно, чтобы в любом напряженно-деформированном состоянии напрягающие ванты сохраняли предварительное напряжение и, таким образом, не выключались из работы.

Предварительное натяжение вантовых покрытий осуществляется механическими способами при помощи простых и динамометрических гаечных ключей; винтовых стяжек и распорок типа фаркопф; специальных стяжных приспособлений; полиспастов и тяговых лебедок; механических и гидравлических домкратов.

Ддя создания небольшого по величине предварительного натяжения применяют обычные гаечные ключи. При этом концы вант должны иметь резьбу. При навинчивании гаек ванты укорачиваются и получают предварительное напряжение (резьба гаек должна быть чистой и хорошо смазанной). Кроме того, в процессе натяжения необходимо предусматривать меры против закручивания вант.

Усилие, которое можно создать при завинчивании гаек, определяется по приближенной формуле

Так, при крутящем моменте М_кр = 350 кгм (рычаг 0,7 м, мускульная сила рабочего около 50 кг) и коэффициенте трения к — 0,2 в ванте из арматурного стержня диаметром 30 мм можно создать силу преднапряжения около 6 т. Коэффициент трения можно существенно уменьшить, применяя подшипники качения, располагая их между гайками и опорными листами. Силу натяжения можно увеличить путем применения ключей с удлиненными рукоятками.

Рис. 1.23. Приспособления для натяжения вант: а — тарированный гаечный ключ с динамометром Д; б — приспособление системы Козлова (с усилием до 20 т); 1 ~- шарниры; 2 — захват; 8 — силовой винт.

Существуют гаечные ключи, в которых усилие натяжения контролируется при помощи динамометра (рис. 1.23, а). Существующими тарированными гаечными ключами можно натягивать ванты с силой до 30—35 т.

Натяжение при помощи винтовых стяжек и распорок типа фар-копф осуществляется за счет удлинения или укорочения элементов и создания, таким образом, распора. Чаще всего стяжки и распорки применяют в вантовых фермах и других двухслойных покрытиях. В практике строительства предварительно напряженных конструкций, особенно объектов связи, широко распространено специальное приспособление для натяжения, предложенное В. К. Козловым * (рис. 1.23, б).

Приспособление выполнено в виде двух рычагов, одни концы которых соединены между собой шарнирной тягой, а вторые — силовым винтом для изменения расстояния между ними. Натяжение производится вручную путем вращения рукоятки. В некоторых случаях применяют динамометр, устанавливаемый между одним из рычагов и концом ванта. Таким приспособлением можно создать усилие предварительного натяжения 5,5—60 т.

Создание преднапряжения при помощи домкратов является наиболее универсальным из всех известных способов. Особенно широко распространены гидравлические домкраты одиночного и двойного действия.

"Домкраты ДГС (домкраты гидравлические стержневые) — тянущего действия, однопоршневые, с их помощью производится натяжение вант из арматурных стержней и других изделий с концевыми нарезными креплениями. Домкраты типа ДГС могут развивать тяговое усилие 8—63 и иметь ход поршня 125—500 мм.

Домкраты ДГП (домкраты гидравлические пучковые) — тянущие — толкающего действия, ими производится натяжение вант из пучков высокопрочной проволоки с последующим креплением их в анкерной колодке с пробкой. Тяговое усилие домкратов ДГП может быть 16—160 т. Ход поршня 125—500 мм.

Домкраты ДГ (домкраты гидравлические стендовые) — толкающего действия, однопоршневые, ими натягиваются наиболее мощные ванты.

Домкраты типа ДГ могут развивать тяговое усилие 31,5—500 т и иметь ход поршня 500—1600 мм.

Как правило, использованию домкратов сопутствует изготовление дополнительных нестандартных приспособлений, необходимых для соединения вант с тяговой гайкой штока домкрата непосредственно или при помощи переходных звеньев, для преобразования толкающего действия домкратов в тянущее при помощи передвижных траверс и т. п. Муфты подвижных траверс навинчиваются непосредственно на анкер либо на тяговую резьбовую гайку. Ванты закрепляются путем подвинчивания гаек или вставки вилкообразных шайб.

Гидродомкраты приводятся в действие от ручной или механизированной насосной станции. Контроль натяжения вант производится по силе натяжения и деформациям. Сила натяжения определяется по динамометру гаечного ключа, показаниям тензометра или манометра насосной станции гидродомкрата. Натяжение вант по деформациям наиболее точно можно определить по выходу штока гидравлического домкрата, менее точно— посредством замера напряжений в вантах. 

Существует несколько типов электронных и механических приборов, при помощи которых с различной степенью точности замеряют силу предварительного натяжения вант.

Электронные частомеры серии «ИНА» определяют величину натяжения как функцию от частоты собственных колебаний вант и используются в основном для замеров в коротких вантах, на которые другие ванты при замере частоты не оказывают существенного влияния.

Рис. 1.24. Прибор для определения усилий в вантах:

/ — прямая пластина; 2 — индикатор; 3 — то же, изогнутая; 4 — упорная стойка; 5 — вант; 6 — захват.

Более надежны пружинные приборы, основанные на замерах усилий преднапряжений путем динамометрирования поперечной силы, возникающей от бокового нажатия на вант*. Один из таких приборов показан на рис. 1.24.

Вант в виде пряди, троса или стержня заводят в пазы крайних захватов и при помощи силового винта осуществляют боковое давление на него. Динамометрическое пружинное устройство в виде прямой и изогнутой пластин деформируется. Это фиксируется инди-катором-мессурой. По графику, полученному заранее на основании тарировочных измерений, данные индикатора переводят в силу натяжения в ванте.

Для исключения ошибок в определении усилий замеры желательно производить на нескольких участках вдоль вант, и среднее усилие определять по формуле

где На — усилие на замеряемом участке; /г — длина участка; п — количество участков. При необходимости определения деформаций (удлинений) вант по замеряемым усилиям модуль упругости надо принимать не начальный или касательный, а секущий.

В процессе натяжения производят визуальные наблюдения. На ванты из пучков наносят риски, по которым следят за перемещением проволоки. Очень важно, чтобы при натяжении вант была обеспечена свобода деформации.

Сила предварительного натяжения должна учитывать потери от релаксации материала вант (5%) и податливости анкеров. Увеличивать силы предварительного натяжения за счет податливости анкеров целесообразно лишь для коротких вант [2].