мы на статические и динамические нагрузки с учетом моментов от жесткости узлов и смещения осей стержней.

ЭВМ автоматически вьщает расчетные усилия в стержнях с учетом требуемых сочетаний нагрузок и может вьшолнить подбор сечений стержней из наиболее распространенных сварных и прокатных профилей.

Вычислительный комплекс PACK позволяет быстро реализовать процесс оптимизации, т. е. найти оптимальное решение геометрической схемы фермы, материала стержней, типа сечений и т. п., что позволяет получить наиболее экономное проектное решение.

При отсутствии ЭВМ усилия в стержнях ферм удобнее всего определять графическим методом, т. е. построением диаграмм Максвелла- Кремоны, причем целесообразно для каждого вида нагрузки (нагрузки от покрытия, от подвесного транспорта и т. п.) вычерчивать свою диаграмму. Для ферм с несложными схемами (например, для ферм с параллельными поясами) и небольшим числом стержней более простым может оказаться аналитическое определение усилий. Если фермы работают на подвижную нагрузку, то максимальные усилия в стержнях фермы от подвижной нагрузки проще всего могут быть определены по линиям влияния.

В соответствии с классификацией сочетаний нагрузок (основные и особые) усилия определяют отдельно для каждого вида сочетаний и несущую способность стержней проверяют по окончательному расчетному наибольшему усилию.

Рекомендуется результаты статического расчета записывать в таблицу, в которой должны быть приведены значения усилий от постоянной нагрузки, от возможных комбинаций временных нагрузок (например, от одностороннего загружения снегом), а также расчетные усилия как результат суммирования усилий при невыгоднейшем загружении для всех возможных сочетаний нагрузок.

3. Особенности работы ферм под нагрузкой

Многочисленные исследования отдельно стоящих ферм показали, что при упругой работе фактические напряжения в стержнях меньше теоретических: в легких фермах - в среднем на 10%, в тяжелых-на 18 %*. Это - результат отличия фактической конструкции фермы от ее расчетной схемы. Упругая стадия работы ферм при первом загружении прекращается весьма рано. Например, в клепаных фермах уже при напряжениях порядка 50-80 МПа наступает предел упругой работы, появляются первые сдвиги в заклепочных соединениях и ферма переходит в упругопластическую стадию работы. В сварных фермах этот переход происходит при несколько более высоких напряжениях-100- 150 МПа. Моменты от эксцентриситетов и жесткости узлов увеличивают напряжения и прогибы ферм и ускоряют переход их в упругопластическую стадию работы. Однако появление пластичности в узлах снижает их жесткость и, следовательно, дополнительные напряжения, поэтому пластичность не опасна.

При повторных загружениях образуются петли гистерезиса (рис. 6.6), которые увеличивают область упругой работы до напряжений, вызванных предыдущими загружениями. Если устойчивость стержней обеспечена, напряжения повышаются до разрушения фермы. При этом в узлах сварных ферм разрушение происходит у начала фланговых швов Б месте прикрепления стержня к фасонке (рис. 9.11,6), т. е. в месте концентрации напряжений, в клепаных - в результате разрыва по первым заклепкам прикрепления.

Обычно разрушение ферм происходит от потери устойчивости сжатых стержней (рис. 9.11, а). Потеря устойчивости наступает без появле-

* Стрелецкий Н. С. Основы статистического учета коэффициента запаса прочности сооружений -М.: Госстройиздат, 1947.

Рис. 9.11. Виды разрушения легких ферм а - потеря устойчивости сжатых раскосов, б - разрыв стержней в месте концентрации напряжений

НИЯ каких-либо видимых предупредительных признаков, и весьма часто до разрушения нельзя предсказать, какой стержень потеряет устойчи-

вость

. Как правило, теряют устойчивость сжатые раскосы средних панелей, хотя они и не имеют самых высоких расчетных напряжений. Это говорит о том, что потеря устойчивости зависит не столько от напряженного состояния, сколько от посторонних причин, от наличия тех или иных геометрических или физических несовершенств, в первую очередь от погнутий. Эти погнутия часто появляются в результате неаккуратного транспортирования или дефектов изготовления; для гибких средних раскосов они являются весьма сушественными. Поэтому нужно обращать большое внимание на повышение жесткости средних раскосов и защиту их от погнутий.

Влияние начальных эксцентриситетов и возможных погнутий на работу сжатых основных стержней решетки (из уголков, кроме опорных) учитывают согласно требованиям СНиП коэффициентом условий работы у=0,8 (при гибкости стержней >60).

Разрушение сварных ферм от вибрационной нагрузки происходит у прикрепления стержней к узловым фасонкам, в местах наибольшей концентрации напряжений (рис. 9.11,6). При неудачном выборе формы фасонок и прикреплении стержней фланговыми швами вибрационная прочность может оказаться очень низкой (80-100 МПа) и разрушение наступает при небольшом числе циклов.

Повысить вибрационную прочность ферм можно:

обеспечением плавного перехода стержня в фасовку без каких-либо входящих узлов или резких изменений формы, в крайних случаях устройством выкружек в фасонках, плавно подходящих к прикрепляемому стержню (рис. 9.31,6);

уменьшением концентраций напряжений, применением пологих швов, отказом от фланговых швов, зачисткой обработанных мест, плавным примыканием фасонок и швов и т. д.

Вероятность хрупкого разрушения повышается в случае эксплуатации ферм при низких температурах ниже -40 °С. В этом случае повышаются требования к учету дополнительных напряжений от жесткости узлов и рекомендуется стыки поясов размещать вне узлов ферм, чтобы избежать скопления очагов концентрации напряжений и увеличения остаточных сварочных напряжений.

Никифоров С. Н. Устойчивость сжатых стержней сварных ферм - М.: Госстрой-издат, 1938.

2 Беленя Е. И. Предельное состояние поперечных рам одноэтажных промышленных зданий.- М.; Госстройиздат, 1958, с. 122.

§ 4. расчетная длина сжатых стержней и предельная гибкость

1. Определение расчетной длины сжатых стержней

В момент потери устойчивости сжатый стержень выпучивается, поворачивается вокруг центров соответствующих узлов и вследствие жесткости фасонок заставляет поворачиваться и изгибаться в плоскости фермы остальные стержни, примыкающие к этим узлам (рис. 9.12). Примыкающие стержни сопротивляются изгибу и повороту узла и этим препятствуют свободному изгибу стержня, теряющего устойчивость. Наибольщее сопротивление повороту узла оказывают растянутые стержни, поскольку их деформация от изгиба ведет к сокращению расстояния между узлами, между тем как от основного усилия это расстояние должно увеличиваться. Сжатые же стержни слабо сопротивляются изгибу, так как деформации от поворота и осевого усилия направлены у них в одну сторону и, кроме того, они могут терять устойчивость одновременно.

Таким образом, чем больше растянутых стержней примыкает к сжатому стержню и чем они мощнее, т. е. чем больше их погонная жесткость, тем больше степень защемления сжатого стержня и меньше его расчетная длина; влиянием сжатых стержней на защемление можно гренебречь.

Поэтому в качестве степени защемления сжатого стержня в узлах может быть принято отношение

т = г/2гр, (9.14)

где г-1/1 - погонный мо.мент инерции рассматриваемого стержня в плоскости фермы; 2гр - сумма погонных моментов инерции растянутых стержней, примыкающих к рассматриваемому стержню с обоих его концов.

Чем меньше отношение т, тем больше степень защемления и меньше расчетная длина сжатого стержня.

Таким образом, расчетная длина сжатого стержня фермы может быть рассчитана по формуле

Z„ = M/. (9-15)

где [1 - коэффициент приведения длины, зависящий от степени защемления, I - расстояние между центрами узлов.

Сжатый пояс оказывается слабо защемленным в узлах, так как с каждого конца к нему примыкает только по одному растянутому раскосу, погонная жесткость которого значительно меньше погонной жесткости пояса. Поэтому защемлением сжатого пояса можно пренебречь и принимать его расчетную длину равной расстоянию между смежными узлами.

К сжатым стержням решетки в верхнем узле примыкает растянутый раскос, а в нижнем узле - растянутые панели нижнего пояса и раскос (см. рис. 9.12). Здесь степень защемления значительно больше, и величина т получается небольшой, близкой к т = 0,5, что дает значение коэффициента л=0,77.

По СНиП коэффициент приведения длины сжатых элементов решетки в плоскости фермы установлен л = 0,8. Таким образом, расчетная длина /о=0,8 / в плоскости фермы определяется с некоторым запасом, в особенности для средних раскосов, жесткость которых по сравнению с примыкающими стержнями невелика.

Исключение составляет опорной восходящий раскос, условия работы которого в плоскости фермы такие же, как и у верхнего пояса, вследствие чего расчетная длина опорного раскоса в плоскости фермы принимается равной расстоянию между центрами узлов.

Расчетная длина сжатого пояса в плоскости, перпендикулярной плоскости фермы, принимается равной расстоянию между узлами, закрепленными связями от смещения из плоскости фермы.