ТЕМА 4. ФЕРМЫ, ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЕ ЗАТЯЖКАМИ

Конструктивные решения

Предварительное напряжение можно успешно применять в решетчатых конструкциях разного назначения, Наиболее разработаны предварительно напряженные фермы покрытия зданий, в которых предварительное напряжение осуществляется с помощью затяжек из высокопрочных материалов. Возможности варьирования конструктивных схем в фермах значительно шире, чем в балках, и поэтому эффект применения предварительного напряжения здесь в значительной мере зависит от рационально выбранной для конкретного случая схемы фермы и затяжки, а также последовательности предварительного напряжения.

По характеру размещения затяжек и их влиянию на работу конструкции предварительно напряженные фермы можно разделить на два основных типа: фермы, у которых затяжки размещены в пределах наиболее нагруженных стержней (рис. 4.1, а) и вызывают предварительное напряжение только в этих стержнях; фермы, у которых затяжки размещены в пределах всего пролета или части его и вызывают предварительное напряжение в нескольких или во всех стержнях фермы (рис. 4.1, б – ж).

Рис. 4.1. Предварительно напряжённые фермы покрытий

Фермы второго типа более разнообразны по конструктивным схемам и, как правило, более эффективны. В фермах первого типа предварительно напрягаются только растянутые стержни. Конструирование, расчет и работа таких стержней изложены в гл. 2. Предварительно напряженные фермы такого типа рациональны лишь при больших пролетах и нагрузках, когда каждый из предварительно напрягаемых стержней представляет собой отдельную отправочную марку.

Наиболее простая схема ферм второго типа получается при устройстве одной или нескольких затяжек вдоль нижнего (растянутого) пояса (рис. 4.1, б – д). Одна затяжка создает предварительное напряжение в нескольких панелях пояса, вдоль которых она размещена, но другие стержни предварительного напряжения не получают. При больших пролетах, когда разница усилий в панелях нижнего пояса значительна, нецелесообразно устраивать две затяжки (рис. 4.1, в). В этом случае средние панели, имеющие большие расчетные усилия нагрузки, получают большее разгружающее предварительное напряжение, и материал в них используется рациональнее.

При равномерном предварительном напряжении всего нижнего пояса одной затяжкой предварительное напряжение лимитируется несущей способностью на сжатие наиболее гибкой панели.

Натяжение затяжек целесообразно производить на заводе или на укрупнительной сборке. Чтобы обеспечит устойчивость пояса в процессе натяжения, затяжки по длине соединяют с поясом диафрагмами через 40 – 50 наименьших радиусов инерции сечения пояса. Число ветвей в затяжке определяется формой сечения пояса и способом предварительного напряжения (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Сечения стержней ферм с различным размещением затяжек

а – н – типы стержней

Удобнее иметь одну ветвь затяжки (рис. 4.2, д, ж, м), что уменьшает число анкерных креплений. При необходимости иметь две ветви и больше (рис. 4.2, а – г) они должны быть размещены симметрично по отношению к центру тяжести сечения пояса. Экономия металла в таких формах достигает 10 – 12%. При устройстве затяжек ломаного очертания (шпренгельного типа) (рис. 4.1, е, ж) эффективность предварительного напряжения повышается. В этом случае натяжением одной затяжки можно создать предварительное напряжение в большем числе стержней.

Значительно большую экономию металла (25 – 30 %) можно получить при шпренгельной затяжке, вынесенной за пределы фермы (рис. 4.3). Экономия металла получается в результате того, что при натяжении затяжек предварительное напряжение обратного знака по отношению к напряжениям от нагрузки возникает как в нижнем (сжимающее), так и в верхнем (растягивающее) поясах.

Рис. 4.3. Фермы с затяжками, вынесенными за пределы габарита

а – г – очертания затяжек; д, е – объединение ферм в пространственные блоки; 1 – ферма; 2 - затяжка; 3 - связи

Недостаток конструкции с вынесенной затяжкой – увеличение габарита ферм, что не всегда возможно. Кроме того, затяжка не связана с нижним поясом фермы и не укрепляет его от потери устойчивости при предварительном напряжении. Это ограничивает возможности натяжения затяжки до установки фермы на место и требует натяжения в проектном положении ферм после постановки связей, закрепляющих нижние пояса от потери устойчивости, или монтажа спаренными фермами, соединенными на укрупнительной сборке в пространственный блок (рис. 4.3, д). Также можно создать пространственную трехпоясную ферму, устойчивость нижнего пояса которой при предварительном напряжении будет обеспечена (рис. 4.3, е). Трехпоясную систему особенно удобно выполнять из труб.

Рис. 4.4. Фермы типа арка с затяжкой

Многочисленные исследования и опыт проектирования показали, что эффективны предварительно напряженные фермы арочного типа (рис. 4.4), которые имеют вспарушенный нижний пояс и прямолинейную затяжку по всей длине пролета. В этом случае, как и при выносном затяжке, предварительное напряжение натяжением затяжки создается во всех стержнях фермы. Однако габариты фермы не увеличиваются. Рациональность фермы во многом зависит от удачно выбранного очертания, уклона поясов, схемы решетки и т. п.

Оптимальная высота ферм посередине пролета от затяжки до верхнего пояса составляет пролета, а высота жесткой части фермы принимается в пределах .

Нижний пояс, сжатый при предварительном напряжении, оказывается незакрепленным от потери устойчивости, поэтому, как и в фермах предыдущего типа, затяжку приходится натягивать в проектном положении ферм или создавать пространственные блоки.

Эффективность предварительного напряжения ферм в значительной степени зависит от последовательности натяжения затяжки и загружения фермы. Натяжение затяжки в проектном положении конструкции после передачи на ферму части или всей постоянной нагрузки, как правило, дает больший эффект, чем натяжение до загружения ферм (рис. 4.5). Опытное проектирование показало, что в фермах типа арка с затяжкой при правильно выбранных последовательности натяжения и натягивающего усилия можно получить экономию стали 25 – 30 %. В легких предварительно напряженных фермах (пролетом 30 – 42 м) удобны стержни из гнутых профилей (рис. 4.2, м, н), а также из замкнутого прямоугольного сечения или из труб (рис. 4.2, д, е, ж), так как их повышенная устойчивость позволяет увеличить силу предварительного напряжения.

Рис. 4.5. Работа фермы

1 – при предварительном напряжении до загружения; 2 – при предварительном напряжении после частичного нагружения

В тяжелых фермах применяются стержни двухстенчатого (рис. 4.2, а – г) или трубчатого сечения. Узлы ферм конструируются как обычно, за исключением тех, в которых прикрепляются затяжки.

Если ферма проектируется со стержнями, отдельно предварительно напряженными затяжками, то каждый такой стержень в торце имеет анкерное крепление затяжки. Это крепление должно быть компактным и не выхолить за пределы габарита стержня.

При закреплении затяжки, создающей общее предварительное напряжение в стержнях фермы, усилие в затяжке получается обычно значительным и поэтому надо при конструировании укреплять узел дополнительными ребрами жесткости (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Узлы ферм с прикреплением затяжек

1 – анкерное крепление затяжки; 2 – ребра жесткости; 3 – фасонка; 4 – затяжка; 5 – опорная плита

Особенно значительный эффект можно получить при создании предварительного напряжения стальными затяжками в ферменных конструкциях из алюминии сплавов. Введение стальных затяжек в конструкцию из алюминиевых сплавов, имеющих в 3 раза меньший, чем у стали, модуль упругости и значительно большую стоимость, повышает жесткость конструкции, снижает расход металла и стоимость. Причем в предварительно напряженных конструкциях из алюминиевого сплава стоимость обычно снижается в большей степени, чем расход металла.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: