В современных висячих мостах главными несущими элементами являются гибкие кабели, изготовленные из высокопрочной проволоки, и балки жесткости.

Мосты такой конструкции обладают большой грузоподъемностью и позволяют перекрывать очень большие пролеты. Висячие мосты обладают рядом особенностей.

Во всех точках поперечного сечения кабеля напряжение одинаковое. На кабель выпадает около 80% всей нагрузки. По сравнению с арочными мостами здесь отсутствуют коэффициенты увеличения площади сечения, вызванные опасением продольного изгиба. Еще одним огромным преимуществом висячего моста является его «живучесть» по отношению к повреждениям балки жесткости.

При обычной балочной конструкции выход из строя какого-либо элемента балки приводит к разрушению моста. Висячий же мост можно эксплуатировать при повреждении не одного, а даже ряда элементов балки жесткости.

К числу достоинств висячих мостов относится также простота их возведения. Изобретателем первых висячих мостов считается английский инженер С.Браун [3]. Известна одна красивая история, согласно которой идею сооружения перехода без опор над пропастью изобретателю подсказали пауки. Однажды, отдыхая в лесу, он обратил внимание на паутину, легко переброшенную с одного дерева на другое. Возникшая догадка вскоре нашла свое инженерное воплощение.

Даже при сильном ветре паутина не рвется, а ее сопротивление ветрам практически ничтожно (если нитью паутины обернуть земной экватор, то вся она будет весить всего 300 граммов, но прочностью превосходить в 2 раза сталь). Это навело, в свою очередь, архитекторов на мысль строить здания, опираясь на расчеты, подсказываемые конструктивными решениями пауков. Известны и другие примеры эффективного использования натянутых гибких элементов.

Всех восхищает грандиозность и конструктивная прочность Останкинской телевизионной башни. Однако мало кто знает, что ее конструкция была подсказана инженерам-авторам Никитину и Кондратюку юным техником Сережей Волковым. Играя, он построил из катушек для ниток башенку, а чтобы она не рассыпалась, продел внутрь веревку и туго ее натянул. Ему выдали авторское свидетельство. По его схеме стали сооружать радиомачты.

Таким образом, основу любой Байтовой системы составляет натянутый трос, кабель, канат, поскольку именно в таком напряженном состоянии он способен принять на себя основную долю механической нагрузки, выпадаемой на конструкцию в целом.

Столь подробное описание особенностей и достоинств вантовых строений можно было бы не проводить, если бы они не были характерными и общими с разработанными нами конструкциями зубных протезов. Основой вантовых систем зубных протезов является высокопрочная нить, которая в натянутом состоянии соединяет между собой естественные зубы, а при наличии включенного дефекта еще и проходит через искусственный(е) зуб(ы) несъемного протеза.

Нить запечатывается композитным материалом в предварительно подготовленных бороздах по периметру зубов. В качестве такой нити мы используем нить из сплетенных арамидных волокон, удельная прочность которых превышает аналогичный показатель рояльной стали в 8 раз. На самом деле, разработанные нами протезные конструкции не являются в строгом смысле слова «вантовыми».

Конструкции в полной мере могли бы соответствовать этому термину, если бы нити не закрывались композиционным материалом. Но это трудно себе представить в условиях функционирования в полости рта.

Поэтому при расчете прочностных характеристик вантовых протезных конструкций следует принимать во внимание свойства армированных композитов, арочных и вантовых систем.

Применение арамидных волокон в разработанной вантовой системе протезирования было связано не только с уникальными свойствами этого материала, но также с его дешевизной и доступностью для нас в промышленном виде. Представленный выше (гл. 1) обзор волоконных материалов, уже получаемых промышленным способом или пока только в лабораториях, показывает существенный прогресс в этой области химии и позволяет надеяться на появление новых материалов с еще лучшими свойствами. При этом мне хотелось бы подчеркнуть такую мысль - не суть важно, какая нить используется в вантовой системе протезирования.

Сегодня это арамидная нить, завтра какая-то другая. Важными для реализации предлагаемого подхода являются принципы построения конструкций и механические характеристики используемой нити, которая должна быть очень прочной на разрыв и при этом быть достаточно тонкой, чтобы проходить между зубами, и обладать хорошей адгезией с композиционными материалами.

В теории сопротивления материалов гибкой нитью считают стержень с исчезающе малой жесткостью на изгиб [4].

При расчетах к гибким нитям относят тросы, шарнирные цепи, канаты,струны и т.п. Гибкие нити обладают двумя основными свойствами: нить работает только на растяжение (отсутствие жесткости при изгибе приводит к потере устойчивости при появлении сжимающих усилий); усилие, растягивающее нить, направлено всегда по касательной к нити.

Поэтому, создавая вантовые протезные конструкции, необходимо распределять нити таким образом, чтобы возможные жевательные нагрузки вызывали в них только напряжения растяжения.

В условиях реального функционирования в полости рта - это трудно достижимая задача. Следует предусматривать воздействие на нить конструкции и поперечных усилий. При воздействии на натянутую нить поперечной нагрузки обычно рассматривают два типа задач: - известен распор нити (горизонтальная составляющая усилия нити) и требуется определить ее прогибы и длину; - известна длина нити и необходимо найти ее распор и прогибы.

Арамидная нить в вантовых конструкциях жестко запечатана достаточно хрупким композитом, который соединяет естественные зубы между собой при шинировании и естественный зуб с искусственным при изготовлении вантовых мостовидных протезов. Поэтому чем выше возможная величина прогиба, тем выше вероятность растрескивания композита.

При воздействии на нить поперечной нагрузки нить всегда будет прогибаться на определенную величину (рис. 2.2). Прогиба нити не будет (L/l=1) только в случае, когда величина натяжения нити (Н) будет стремиться к бесконечности. Подобная ситуация может рассматриваться лишь гипотетически, поскольку ее невозможно реально обеспечить. Поэтому основной задачей при создании вантовых протезов является минимизация величины возможного прогиба.

Используемая в вантовых конструкциях арамидная нить практически не растяжима и обладает низким удельным весом, поэтому в данном случае уместны расчеты нити без учета ее упругости и собственного веса.

При воздействии на нить сосредоточенной силы (рис. 2.2) величина прогиба находится в прямой зависимости от величины поперечной нагрузки и в обратной зависимости от величины натяжения нити и ее длины. Применительно к вантовым протезным конструкциям это означает, что она должна быть выполнена с использованием максимально коротких отрезков нити либо поперечная нагрузка должна выпадать на ее фрагменты наименьшей длины.

Чем меньше поперечная нагрузка и чем выше величина натяжения нити, тем меньше величина возможного прогиба. Это означает, что риск разрушения вантовой конструкции будет выше

Рис. 2.2. Схема прогиба нити (I - расстояние между опорами, Н - натяжение нити, Р - вертикальная нагрузка, а - расстояние от опоры до точки приложения нагрузки)

в тех отделах зубного ряда, где выше жевательная нагрузка (т.е. в области боковых зубов). Чем больше диаметр используемой нити, тем большая сила ее натяжения может быть достигнута без ее разрыва. Другой составляющей конструктивной прочности вантовой конструкции является композиционный материал. Этот класс материалов обладает наибольшим запасом прочности при воздействии сжимающих нагрузок, меньшим запасом прочности при изгибающих нагрузках, еще меньшим - при растягивающих нагрузках (табл. 5.1).

Наиболее слабым местом является соединение композиционного материала с тканями зуба (эмалью и дентином), а также конструкционным материалом протеза. В этой связи вантовая конструкция будет иметь больший запас прочности, если при ее создании удастся создать сжимающие напряжения для композита. Это может быть достигнуто натяжением нити после полимеризации композита.

Комплекс разработанных методик позволяет проводить ортопедическое лечение включенных и концевых дефектов зубных рядов, а также шинирование зубов без применения искусственных коронок либо других покрывных конструкций, если к этому нет прямых показаний (разрушение твердых тканей зубов, выраженное изменение их цвета).

В этих случаях предлагаемые системы могут эффективно сочетаться с традиционными конструкциями зубных протезов. Обобщая наш клинический опыт, можно выделить три принципиальных элемента построения вантовых зубных протезов, которые используются как по отдельности, так и комбинируются друг с другом.

Элемент 1. Соединение зубов между собой.

Элемент 2. Соединение естественного зуба с искусственным зубом несъемного протеза.

Элемент 3. Соединение естественного зуба и съемного протеза.

Ввиду всеобщего действия закона научных исследований Мэрфи, утверждающего, что. «В защиту своей теории всегда можно провести достаточное количество исследований», позвольте больше не занимать ваше внимание подробной доказательной базой. В этой книге, имеющей практическую направленность, мы лишь хотим подробно изложить суть наших предложений и описать методики их выполнения.