        В настоящей главе будет рассмотрен расчет усилий, возникающих в несущих канатах подвесных гидрометрических мостиков, и в ездовых канатах люлечных и паромных переправ, а также вопрос подбора диаметров канатов.
        Канаты подвесных гидрометрических мостиков рассчитываются на равномерно распределенную нагрузку q кН/м погонной длины, которая складывается из собственного веса каната (перед расчетом он ориентировочно задается) и усилия, передаваемого на канат через подвески. (Последнее усилие не является в прямом смысле распределенным, так как подвески крепятся к канату на некотором расстоянии друг от друга, т. е. передают сосредоточенные силы, но сделанное допущение значительно облегчает расчет и несущественно влияет на его точность).
        На рис. 11.1 изображена схема каната подвесного мостика между опорами, причем показан вариант, когда вершины опор расположены на разных отметках и разница между ними составляет h м.

Рис. 11.1. Схема к определению усилий в несущем канате подвесного мостика.

Усилие N, возникающее в канате под действием нагрузки q, может быть на каждой опоре разложено на горизонтальную и вертикальную составляющие (на левой опоре это силы

, а на правой соответственно

). Для определения этих опорных реакций применяются неоднократно использованные нами уравнения равновесия.
Так, приравнивание к нулю суммы проекций всех сил на ось х дает:

Из условия равенства нулю суммы моментов всех сил относительно точек подвеса получим:

Откуда

(11.1)

(11.2)

Далее можно показать, что горизонтальная составляющая опорных реакций Н равна:

(11.3)

Из формул (11.1) и (11.2) очевидно, что суммарное усилие в канате N на вышерасположенной опоре будет больше, чем на нижерасположенной. Поэтому усилие

, величина которого определяется как

(11.4)

является исходным для подбора диаметра каната, о чем подробней будет сказано в конце настоящей главы.
Обратим внимание на следующее немаловажное обстоятельство. Если вершины мостовых опор находятся на одной отметке

, а в большинстве случаев именно так и бывает, то приведенные выше формулы значительно упрощаются, принимая вид:

(11.5)

(11.6)

Канаты люлечных переправ (см. п. 4.2.3) рассчитывают на совместное действие равномерно распределенной нагрузки q от собственного веса каната и сосредоточенной силы Р от люльки. (Фактически люлька опирается на канат двумя роликами, но расстояние между ними весьма мало по сравнению с пролетом переправы, поэтому нагрузку от люльки можно считать приложенной в одной точке).
Составляя уравнения равновесия для каната на участке между опорами, так как это делалось выше для каната мостика (рис. 11.1), можно получить следующие уравнения для вычисления горизонтальной и вертикальной составляющих опорных реакций и максимального усилия в канате, возникающего у вышерасположенной опоры (если отметки опор имеют разные значения):

(11.7)

(11.8)

Формула (11.8) получена в предположении, что люлька находится в высшей точке подвеса каната. Это дает наибольшее значение V, необходимое для обеспечения запаса прочности.
Максимальное усилие в канате N находится по формуле (11.4). В абсолютном большинстве случаев вершины опор люлечной переправы имеют одинаковые отметки и это обстоятельство упрощает расчетные формулы (11.7) и (11.8), которые принимают вид:

(11.9)

(11.10)

Канаты паромных переправ с нормальной удерживающей системой (см. п. 4.2.2) рассчитывают на усилие от распределенной нагрузки, вызванной собственным весом каната q, и сосредоточенное усилие от оттяжки каната паромом

. В отличие от канатов мостиков и люлечных переправ, где все нагрузки лежали в одной плоскости, здесь нагрузки на канат лежат в разных плоскостях, одна из которых вертикальная, а другая условно принимается за горизонтальную. Поэтому и деформацию каната приходится характеризовать двумя параметрами: обычной стрелой провеса f (рис. 11.1) и стрелой оттяжки в горизонтальном направлении (по течению реки)

. Из-за многих условностей расчета эти две стрелы обычно принимают численно равными друг другу.
При определении усилий от каната, передаваемых на береговые опоры, которые практически всегда находятся на одной отметке, вертикальные составляющие опорных реакций V обычно не учитывают, поскольку они всегда значительно меньше горизонтальных Н, а эти последние рассчитывают так:
от веса каната

(11.11)

от оттяжки паромом

(11.12)

усилие в канате

(11.13)

В паромных переправах с продольной удерживающей системой вес каната распределяется по поддерживающим его поплавкам, поэтому единственной силой, действующей на канат, считается оттяжка его паромом

. Так как сила

направлена по оси каната, то согласно выводам, полученным при рассмотрении деформации осевого растяжения (п. 9.1), усилие N, возникающее в канате, равно приложенной нагрузке

.
Величину усилия оттяжки каната паромом

определяют следующим образом.
Это усилие считается состоящим из двух слагаемых: одно из них давление ветра на надводную часть парома

, второе - гидродинамическое давление на подводную часть парома U, т. е.

Расчетная ветровая нагрузка, приходящаяся на единицу площади надводной части парома, определяется по формуле

где с - аэродинамический коэффициент, равный 1,4; n - коэффициент перегрузки, равный 1,2;

- нормативный ветровой напор для района, в котором находится паром, принимаемый по СНиПу. Тогда ветровая нагрузка на паром равна

где

- площадь надводной части парома при наиболее невыгодном расположении его относительно направления ветра. Гидродинамическое давление вычисляют по формуле

где k - коэффициент, учитывающий форму обтекаемой подводной части парома. (При лодках

, при понтонах (поплавках) прямоугольного сечения

);

- плотность воды,

; V - максимальная поверхностная скорость течения, м/с;

- проекция площади подводной части парома на плоскость, перпендикулярную направлению течения.
        Подбор канатов. Промышленностью в соответствии со стандартами выпускается множество разновидностей канатов, отличающихся друг от друга кроме диаметра комплексом показателей, среди которых: способ свивки проволочек, качество проволоки, покрытие поверхности проволоки и др. Важнейшей характеристикой любой разновидности каната является его разрывное усилие, по которому и подбирается диаметр каната.
        Для несущих канатов гидрометрических мостиков и ездовых канатов люлечных и паромных переправ необходимо применять канаты, относящиеся по назначению к грузолюдским (индекс ГЛ) из оцинкованной проволоки. Даже в пределах одного ГОСТа такие канаты отличаются качеством проволоки, что выражается маркировочной группой (см. приложение 4).
        Подбор диаметра каната осуществляется следующим образом. В вычисленное по формулам (11.4) или (11.13) значение усилия N в канате вводится коэффициент запаса

, учитывающий условия работы каната и ответственность конструкции. Для гидрометрических сооружений

принимают не менее двух. Таким образом, получают расчетное усилие

(11.14)

Затем из сортамента на канаты стальные выбирают диаметр каната, у которого разрывное усилие имеет минимальное превышение над

Пример. При проектировании гидрометрического мостика оказалось, что

Подобрать диаметр каната.
Используя ГОСТ 2688-80 (приложение 4, табл. 4), устанавливаем, что минимальное превышение разрывного усилия над нашим расчетным имеют канаты диаметром:
а) 18 мм при маркировочной группе 140 кгс/

б) 16,5 мм при маркировочной группе 150 кгс/

в) 16,5 мм при маркировочной группе 160 кгс/

В принципе, можно использовать любой из этих канатов, однако наиболее экономичным будет вариант б, так как здесь наименьшая разница между расчетным и разрывным усилиями.
При заявке каната его надо записать, например, так:
Канат 16,5-ГЛ-В-С-Н-1470(150) ГОСТ 2688-80. что означает: канат диаметром 16,5 мм, грузолюдского назначения из проволоки высшей марки, оцинкованный по группе С (для средних агрессивных условий работы), нераскручивающийся, маркировочной группы 1470 МПа (150 кгс/

). Расшифровка условных обозначений каната имеется в каждом ГОСТе на эти изделия.