Теоретическое обоснование выбора рационального способа усиления стропильных ферм на основе выяснения слабых частей и элементов

Выбор схемы усиления конструкций существенно зависит от их типа, технического состояния, условий нагружения до и после усиления, специфических условий эксплуатации, задач усиления и т. д.

Назначению схемы усиления конструкций, в частности металлических стропильных ферм, должен предшествовать анализ несущей способности не усиленной конструкции. С этой целью, прежде всего, требуется произвести ее статический расчет и расчет на устойчивость с учетом действительной расчетной схемы на различные комбинации нагрузок (включая нагрузки, воздействие которых предполагается после усиления). Такой расчет может осуществляться в рамках линейной постановки в предположении неограниченной упругости элементов фермы. Выбрав расчетные сочетания усилий для каждого элемента системы, выявляются те из них, несущая способность которых недостаточна и минимизирует несущую способность системы в целом.

Установление степени перегрузки каждого из элементов, недостаточная несущая способность которых в наибольшей степени влияет на несущую фермы в целом, и отношения их количества к общему числу элементов позволяет оценить усиливаемую конструкцию с точки зрения равнопрочности и дает общее представление о выборе схемы усиления. Очевидно, если в системе больше 20% стержней, у которых несущая способность недостаточна, то наиболее рационально принять схему усиления с изменением конструктивной схемы фермы, ведущим к существенному перераспределению усилий в конструкции.

В другом случае выбор падает на иные методы усиления, такие как увеличение сечений стержней фермы, введение дополнительных элементов без существенного изменения статической схемы. Оценка размещения стержней с недостаточной несущей способностью в общей схеме фермы является также важным этапом анализа. Такая оценка дает представление о характере желаемого перераспределения усилий (разгрузка опорных или пролетных зон ферм), и следовательно, может служить основанием для выбора схемы усиления.

Установление вида предельного состояния также оказывает влияние на этот выбор. Например, если для группы сжатых элементов одновременно не выполняются условия прочности и устойчивости, то необходимы, либо соответствующая их разгрузка за счет изменения схемы конструкции, либо усиление увеличением сечения. Необеспеченность только устойчивости может свидетельствовать или о необходимости развития системы связей, или о рациональности введения дополнительных шпренгельных элементов в систему. стропильный ферма затяжка стержень С точки зрения эффективности разгрузки элементов системы рациональны схемы, максимально увеличивающие жесткость конструкции. В первую очередь этому условию отвечают схемы, связанные с подведением дополнительных опор, затем с введением дополнительных элементов и, наконец, непосредственным увеличением сечений элементов в соответствующих зонах фермы.

Ввод в конструкцию фермы предварительно напряженных затяжек позволяет эффективно влиять на перераспределение усилий в ней. Однако при использовании методов предварительного напряжения при усилении следует учесть, что сложность работ по осуществлению и контролю преднапряжения не демонтируемых конструкций (тем более в условиях действующего производства), возможность перераспределения части усилий на смежные и ограждающие конструкции и их потерь за счет обжатия и обмятия элементов и деталей существенно влияет на эффект усиления. Практика обследования усиленных конструкций показывает, что в ряде случаев введенные предварительно напряженные затяжки через несколько месяцев эксплуатации теряю значительную долю усилий предварительного напряжения.

Выбор схемы усиления сжатых стержней стропильных металлических ферм определяется в общем случае формой их поперечного сечения, условием загружения, соотношениями и величинами жесткостей. Теоретическим обоснованием выбора рациональной схемы усиления ферм с позиции устойчивости и максимального повышения критической нагрузки служит то, что различные сжатые элементы не одинаково эффективно участвуют в обеспечении общей устойчивости ее. Поэтому прежде чем решить, какую схему усиления наиболее выгодно выбрать, нужно выявить те элементы конструкции, усиление которых в наибольшей степени повлияет на повышение устойчивости всей фермы в целом, а значит и на повышение значения критической нагрузки.

Существуют несколько методов определения слабых частей и элементов ферм. Один из методов определения слабых частей — определение главных реакций, а также их производных по формуле:

Сравнивая их значения можно судить о наиболее слабых частях ферм, усиление которых в наибольшей степени повлияет на повышение критической нагрузки. Для определения наиболее слабых стержней или элементов фермы предлагается определить долю участия каждого элемента в обеспечении общей устойчивости.

Это реализуется определением коэффициентов эффективности fkкак компонент вектора градиента критической силы. Сравнивая значения коэффициентов активности можно решить вопрос о выборе рациональной схемы усиления. Усиление элементов с незначительными коэффициентами активности приведет к небольшому повышению критической нагрузки. На основе определения коэффициентов активности с использованием градиента критического состояния, а также энергетическим методом также можно решать вопрос о выборе схемы усиления металлических стропильных ферм.

Библиографический список.

• 1. А. Н. Раевский, М. Б. Зайцев. Определение градиента условия критического состояния для рам и ферм и использование его для рационального усиления. Ж-л «Известия вузов», Строительство N4, 1999 г.
• 2. В. В. Зернов, М. Б. Зайцев, Н. Н. Ласьков. Определение критической нагрузки для стропильных ферм в упругой и упруго-пластической стадиях работы. Ж-л «Региональная архитектура и строительство», N4, 2014 г.
• 3. Кузин Н. Я. Проектирование и расчёт стальных ферм покрытий промышленных зданий: Учебное пособие. — Пенза: Пензенский государственный университет архитектуры и строительства. 2014 г. -247с.