ШПРЕНГЕЛЬНЫЕ БАЛКИ С ЗАТЯЖКОЙ
Фермы применимы на пролетах в 18–48 м, отдельные промышленные фермы с параллельными поясами выполнялись пролетом 60 м. Двутавровая балка же рациональна без дополнительных ребер и стабилизирующих мероприятий на пролетах в 3–9 м, далее она становится слишком тяжелой. Ферма же на полетах менее 15 м ока-зывается чересчур трудоемкой. Поэтому нишу пролетов в 10–18 м занимает шпренгельная балка с затяжкой. Принцип работы шпренгеля основан на том, что при превышении пролета балка начинает испытывать недопустимые прогибы, при этом не разрушаясь. Таким образом, снижение прогибов и повышение жесткости становится центральной проблемой для однопролетных балок. Выполнение оттяжек или подпорок балок не всегда возможно, поэтому простейший метод — установить снизу в центре пролета распорку с V-образной затяжкой к опорам (рис. 13). Такая простейшая шпренгельная система заставляет вытолкнуть центр пролета наверх и снизить прогиб балки, однако при этом верхний пояс подвергается не только изгибу, но и сжатию вследствие работы затяжки на растяжение.
Отличие работы фермы от шпренгельной балки состоит в следующем:
· верхний пояс, т. е. сама балка, работает на сжатие с изгибом, в ферме верхний пояс — на чистое сжатие;
· в ферме поперечная сила воспринимается целиком поясами с решеткой как единым целым, в шпренгеле большая часть поперечной силы воспринимается балкой, а затяжка лишь частично разгру жает балку (подсказкой к этому является то, что у шпренгелей нет решетки, а есть только вертикальные стойки);
|
|
|
· в балке нагрузка — распределенная и сосредоточенная, а в ферме — только сосредоточенная.
Шпренгельная затяжка ни в коем случае не повышает прочность балки, а лишь повышает ее жесткость. Взглянув на простейший одностоечный шпренгель, можно увидеть, что конфигурация троса рациональнее, если она имеет не две, а три и более граней, что приближает его конфигурацию к балочной эпюре изгибающих моментов.
ФЕРМА ПАУЛИ
Первой оптимальной конструкцией на пути к облегчению является шпренгельная балка с затяжкой, у которой нижний пояс выполнен по эпюре изгибающих моментов. При этом стойки сжаты, а поперечную силу воспринимает сама балка. Полнее идею реализует ферма с поясами, повторяющими траектории главных напряжений (рис. 16).
ФЕРМЫ БОЛЬШИХ ПРОЛЕТОВ
В фермах при возрастании пролетов необходимо сохранение рационального соотношения пролета к высоте, равное 8–12. При этом гибкость верхнего пояса становится слишком велика, поэтому в фермах пролетом 36–60 м применяют шпренгельную решетку, которая раскрепляет стойки и верхний пояс в плоскости фермы. При этом верхний пояс из плоскости раскреплен прогонами, которые рационально укладывать с шагом в 3 м (Рис. 14).
|
|
|
БАЛОЧНАЯ АНАЛОГИЯ
Балка, ферма, арка, гибкая нить или рама по природе своей при равной нагрузке и одном и том же пролете L воспринимают абсолютно постоянный балочный момент — Mб = qL²/8, который заключается в самой природе однопролетной разрезной конструкции заданных постоянных параметров. Однако каждая из названных конструкций воспринимает этот момент по-разному и реализует через это преимущества своей топологии. Поэтому каждая из этих конструкций может быть рассчитана по балочной аналогии.
Балка воспринимает его за счет сечения (активность по сечению), внутренних нормальных напряжений σx и парных касательных напряжений τx = τz, возникающих под вертикальной нагрузкой q на пролете L. Арка воспримет его парой сил, образуемых сжимающей силой в сечении в центре пролета арки Na и опорами, воспринимающими сжимающий распор арки На на плече этой пары сил, равной стреле подъема арки f:
Hа = Nа = Мб/f = qL²/8f.
Гибкая висячая нить воспримет балочный момент тоже парой сил, возникающих между усилием Nн в центре пролета свободно висящей нити и опорами, воспринимающими распор Т на плече, равном стреле провисания f. При этом на основании статического уравнения распор T равен усилию в нити Nн:
|
|
|
Т = Nн = Мб/f = qL²/8f,где: f — стрела провисания нити, м.
Из указанных простых зависимостей видна полная зеркальная симметрия работы арки и нити под действием гравитационного поля. Однако, если арка воспринимает пролетный момент за счет чистого сжатия, то растянутая нить работает на чистое растяжение. Усилия же в арке и нити при равных условиях равны и обратные по знаку.
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 1296; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!