МНОГОРАСКОСНАЯ ФЕРМА ИЗ КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к области строительства, и может быть использована при возведении пролетных строений мостов и перекрытий гражданских сооружений.
Известны фермы, пешеходных пролетных строений мостов с элементами из композитного материала, в качестве которого использован слоистый стеклопластик типа СППС. («Мостовые конструкции из стеклопластика» // Сборник статей «Внедрение опыта прикладных перспективных технологий авиастроения в промышленности и на транспорте», под ред. А.Е.Ушакова, вып.1, М., 2001, стр.135-140; «Применение композитных материалов для мостовых конструкций» // Сборник статей «Внедрение опыта прикладных перспективных технологий авиастроения в промышленности и на транспорте», под ред. А.Е.Ушакова, вып.3, М.,. 2004, стр.5-80).
Известные композитные фермы имеют простую раскосную решетку, а их элементы - пояса, стойки и раскосы выполнены из одиночных профилей швеллерного или квадратного с продольной полостью сечений, они соединяются в узлах болтами диаметра 12 мм по одной или двум плоскостям контакта, через металлические фасонки. Одно из самых больших пролетных строений такого типа установлено на мосту через трассу М7 в Нижегородской области (сайт , «Пешеходный мост у пос. Пыра, 378 км трассы М7 «Волга»). Пролет ферм 33,0 м, габарит пешеходной дорожки 3,0 м, масса пролетного строения - 30,9 т. Построенные пролетные строения мостов, в конструкции которых применены фермы из композитных материалов, отличаются малым весом, высокой скоростью возведения, стойкостью против воздействия агрессивных сред, долговечностью, незначительными эксплуатационными затратами.
Недостатки известных композитных ферм:
- применяется простая раскосная решетка, во всех элементах которой появляются плохо воспринимаемые материалом значительные поперечные силы и узловые изгибающие моменты;
- элементы решетки выполняются из одиночных профилей фасонного сечения, и усилия в узлах ферм передаются не более чем по двум плоскостям, что усугубляет работу раскосов и стоек в местах прикреплений, требует большого количества болтов, развитых фасонок и соответствующего увеличения поперечных сечений;
- фермы имеют большую высоту, необходимую для обеспечения нормативных требований по прогибам и связанную с невысоким модулем упругости стеклопластика;
- конструкции ферм требуют высококвалифицированной сборки объемной конструкции, в которую они включены, в заводском цехе или в специально оборудованном помещении, что ограничивает размеры монтажных элементов по условиям транспортировки.
о
Известна многораскосная ферма системы Тауна, которая является наиболее близкой к заявляемой полезной модели и выбрана в качестве прототипа (Е.О.Патон, // «Деревянные мосты»: Киев, типография товарищества Кушнеревъ и К, 1910, стр.518). Многораскосная ферма системы Тауна имеет горизонтальные верхний и нижний пояса и одну или две системы многораскосных решеток крестового типа. Все элементы многораскосной фермы монтируются из досок, расположенных своими широкими сторонами в нескольких вертикальных плоскостях, параллельных общей плоскости фермы. Доски поясов устанавливаются с зазорами, в которых располагаются концы элементов решетки - раскосов и стоек. Наиболее напряженные стойки, например, опорные, могут усиливаться досками с наружной стороны поясов. По длине пролета доски поясов стыкуются в разных местах, и стыки перекрываются дополнительным слоем досок. В узлах фермы доски разных элементов располагаются в смежных плоскостях и скрепляются нагелями и болтами без фасонок.
Известные многораскосные фермы просты по конструкции и легко изготавливаются на месте из пиломатериалов. Их максимальные пролеты достигали 50,0 м, и они применялись в пролетных строениях мостов под все виды временных нагрузок, включая железнодорожную.
Недостатками известных многораскосных ферм являлись:
- недолговечность, т.к. древесина подвержена растрескиванию и гниению, особенно в узлах, которые плохо проветриваются,
- низкая ремонтопригодность,
- значительный вес конструкций,
- невысокая продольная прочность и низкий модуль упругости материала вызывавшие необходимость строить многораскосные фермы значительной высоты, что ограничивало область их экономически оправданного применения;
- необходимость устройства ряда стыков по длине элементов из-за ограниченности длины деревянных изделий, что увеличивало расход материалов.
Ставилась задача разработать конструкцию фермы, которую можно монтировать в условиях строительной площадки из простейших, легко перевозимых деталей с минимальным числом стыков по длине элементов, обладающую долговечностью, небольшим весом, стойкостью к природным и техногенным воздействиям и применимую в пролетных строениях мостов и покрытиях гражданских сооружений.
Поставленная задача решается тем, что в многораскосной ферме из композитного материала, включающей выполненные из полос прямоугольного поперечного сечения, расположенных своими широкими сторонами в вертикальных плоскостях, параллельных общей плоскости, элементы фермы, а именно, хотя бы один верхний и хотя бы один нижний пояса, расположенную между поясами хотя бы одну многораскосную крестовую систему решеток, содержащую группу стоек и две группы раскосов встречного направления, а также узлы соединения элементов фермы, выполненные позволяющими располагать полосы одного элемента между полосами других элементов, элементы фермы изготовлены из композитного материала. Кроме того, полосы одного элемента соединены в узлах с полосами других элементов болтами и нагелями непосредственно, без фасонок, верхний и нижний пояса выполнены горизонтальными и прямолинейными на всю длину фермы, хотя бы один пояс может иметь полигональное очертание, а верхний пояс может иметь двухскатное очертание. Композитный материал предсавляет собой либо бакелизированную фанеру, либо древесный слоистый пластик, либо слоистый стеклопластик типа СППС. В последнем случае полосы верхнего и нижнего поясов, изготовлены с возможностью выполнения прямолинейных участков поясов без стыков, полосы стоек и раскосов изготовлены с возможностью выполнения без стыков по всей их длине.
Технический эффект заявляемой полезной модели заключается в следующем:
- снижается вес многораскосной фермы;
- облегчаются конструкции, несущие многораскосную ферму;
- увеличивается коррозионная и химическая стойкость и долговечность многораскосной фермы, снижаются эксплуатационные расходы;
- имеется возможность собирать многораскосные фермы на месте строительства из простых, легко перевозимых деталей и материалов;
- уменьшается высота ферм по сравнению с конструкциями, имеющими другой тип решетки, что позволяет снизить стоимость сооружения в целом.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг 1а представлена схема многораскосной фермы с крестовой решеткой, где 1 - верхний пояс, 2 - нижний пояс, 3 - раскосы, 4 - стойки. На фиг.1б, 1в, 1г при тех же обозначениях показаны примеры возможного взаимного расположения полос композитного материала в поперечных сечениях многораскосной фермы: 1б - с одной многораскосной системой крестовой решетки, имеющей две группы раскосов встречных направлений, стойками из двух полос и верхним поясом из четырех полос; 1в - с одной многораскосной системой крестовой решетки, имеющей две группы раскосов встречных направлений, стойками из трех полос и верхним поясом из четырех полос, 1г - с двумя многораскосными системами крестовой решетки, каждая из которых имеет две группы раскосов встречных направлений, стойками из двух полос и верхним поясом из шести полос.
Многораскосная главная ферма с крестовой решеткой изготавливается хотя бы с одним верхним поясом и хотя бы с одним нижним поясом. Пояса могут иметь прямолинейное, двухскатное или полигональное очертание. Элементы фермы - пояса, раскосы и стойки - выполняются из деталей в виде полос и могут быть выполнены, например, из стеклопластика типа СППС прямоугольного поперечного сечения одинаковой толщины. Полосы, составляющие элементы многораскосной главной фермы, располагаются своими широкими сторонами в нескольких вертикальных плоскостях, параллельных ее общей плоскости с зазорами, соответствующими толщине полос. Каждый пояс составлен хотя бы из двух полос. В зазорах между полосами поясов располагается хотя бы одна многораскосная система крестовой решетки, состоящая из двух групп раскосов встречного направления, и стоек. В узлах соединения элементов фермы полосы одного элемента располагаются между полосами других элементов, и соединяются все вместе болтами и нагелями без применения фасонок.
При выполнении расчетов ферм оптимизируются по расходу материалов следующие параметры:
- высота ферм;
- число верхних и число нижних поясов;
- размеры поперечных сечений полос композитного материала;
- число полос в каждом из поясов с изменением по длине пролета;
- количество систем многораскосной решетки;
- шаг раскосов вдоль пролета и, соответственно, их число в одном поперечном сечении многораскосной фермы;
- число полос в стойках системы.
Параметры многораскосной фермы определяются с учетом выполнения ее узлов без применения фасонок.
Преимущества заявляемой полезной модели заключаются в следующем: для элементов многораскосной фермы применяется легкий и долговечный материал, стойкий к атмосферным и техногенным воздействиям; элементы фермы соединяются в узлах без применения фасонок, а в случае использования стеклопластика все прямолинейные элементы ферм составляются из полос композитного материала без стыков; многораскосные фермы могут быть изготовлены на месте применения из простейших деталей, удобных для перевозки и монтажа в условиях строительной площадки, они легко ремонтируемы, установка в пролет объемных монтажных элементов с многораскосными фермами может быть выполнена легкими строительными кранами.