Предварительно напряженные фермы

В фермах предварительное напряжение может осуществляться затяжками, в нераз­резных фермах - смещением опор. Для разрезных ферм основным способом создания предварительного напряжения является натяжение их затяжками из высокопроч­ных материалов (стальных канатов, пуч­ков высокопрочной проволоки и т. п.). За­тяжки следует размещать так, чтобы в ре­зультате их натяжения в наиболее нагру­женных стержнях фермы возникли усилия, обратные по знаку усилиям от внешней нагрузки. Схема размещения затяжек оп­ределяет характер предварительного на­пряжения и работы фермы.

Можно размещать затяжки в пределах длины отдельных стержней, работающих под нагрузкой на растяжение, создавая в них предварительное напряжение сжатия (рис. 8.34 а).

Этот способ может быть эф­фективен лишь для тяжелых ферм, у ко­торых каждый стержень представляет со­бой отправочный элемент. Тогда предварительное напряжение стержней осуществляется на заводе.

В фермах, пояс которых (работающий на растяжение) имеет значительный удель­ный вес по расходу металла, можно с помощью одной затяжки создать сжимающее предварительное напряжение во всех панелях пояса и тем самым значительно уменьшить его вес. Примером может служить сегментная ферма, у которой решетка имеет небольшие усилия, а в работу верхнего пояса могут быть включены конструкции по­крытия, например, железобетонный или металлический настил (рис. 8.34 б).

Рис. 8.34. Размещение затяжек в предва­рительно напряженных фермах:

а - преднапряжение в пределах отдельных панелей; б - на всей длине нижнего пояса; в и г - арка с затяжкой; д - шпренгельный тип

В легких фермах наиболее эффективна схема типа арки с затяжкой (рис. 8.34 в, г). По этой схеме натяжением затяжки создается предварительное напряжение во всех стержнях фермы, причем наиболее тяжелые элементы - верхний и нижний пояса - получают разгружающие усилия от натяжения затяжки.

Возможны выносные затяжки (рис. 8.34 д), разгружающее воздействие которых на стержни фермы может быть особенно значительным. Однако по условиям компоновки сооружения и транспортирования, а также с учетом габаритов выносную затяжку не всегда можно применить.

При размещении вдоль нижнего пояса затяжка по длине соединяется диафрагмами с поясом и обеспечивает его устойчивость во время предварительного напряжения, когда нижний пояс получает сжимающие усилия (рис. 8.35).

При выносных затяжках и в схеме «арка с затяжкой» необходимо принять меры для обеспечения устойчивости нижнего пояса в процессе предварительного напряжения. В этом случае следует осуществлять натяжение затяжки в проектном положении, когда ферма раскреплена связями, или же производить на земле укрупнительную сборку монтажного блока из двух спаренных ферм, после чего выполнять натяжение и подъем (рис. 8.36 а). В пространственных системах ферм, например, треугольного сечения, также можно про­изводить натяжение внизу, так как нижний пояс закреплен от потери устойчивости (рис. 8.36 б).

Рис. 8.35. Размещение затяжек по сечению стержней в легких (а) и тяжелых (б) фермах: 1 - стержень; 2 - затяжка; 3 - диафрагма; 4 - отрезок трубы; 5 - отрезок уголка

Рис. 8.36. Компоновка пространственных блоков при выносных затяжках: а - схема фермы; б - поперечные сечения; 1 - затяжка

В зависимости от последовательности предварительного напряжения работа фер­мы состоит из нескольких этапов. В простейшем случае на первом этапе создается предварительное напряжение, на втором ферма загружается эксплуата­ционной нагрузкой. Более эффективным способом является загружение фермы на первом этапе частью постоянной нагрузки, затем создание предварительного напряжения и на третьем этапе загружение фермы оставшейся частью постоянной и временной нагрузок.

Наиболее эффективно многоступенчатое предварительное напряжение: первый этап - частичное предварительное напряжение; второй - загружение частью постоянной на­грузки; третий - повторное натяжение затяжки; четвертый - загружение оставшейся частью постоянной нагрузки; пятый - еще одно натяжение затяжки; шестой - загру­жение временной эксплуатационной нагрузкой.

При рационально выбранных схеме фермы и способе предварительного напряже­ния можно получить экономию стали 25-30%.

Сечения стержней в предварительно напряженных фермах могут быть такими же, как и в обычных. При предварительном напряжении отдельных стержней затяжки дол­жны размещаться симметрично относительно вертикальной оси стержня. По конструк­тивным соображениям они часто проектируются из двух ветвей (рис. 8.36).

Основы расчета и конструирования предварительно напряженных ферм изложены в спецкурсе [5].