ройпредварительное напряжение, третий - загружение фермы оставшейся частью постоянной и временной эксплуатационной нагрузками. Еще более эффективным способом является многоступенчатое предварительное напряжение: первый этап - создание предварительного напряжения, второй - загружение частью постоянной нагрузки, третий - повторное натяжение затяжки, четвертый - загружение оставшейся частью постоянной нагрузки, пятый - еще одно натяжение затяжки, шестой этап - загружение временной эксплуатационной нагрузкой.

При рационально выбранных схеме фермы и способе предварительного напряжения можно достичь экономии стали на 25-30 %.

Особенно рациональным оказывается предварительное напряжение в фермах из алюминиевых сплавов; введение стальной затяжки существенно повышает жесткость фермы и разгружает ее алюминиевые стержни.

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, ио конструктивным соображениям они часто проектируются из двух ветвей (рис. 9.36).

Отличными от обычных узлов ферм являются узлы с устройством анкерных креплений затяжек (рис. 9.37). Тип анкерного крепления выбирают в зависимости от материала затяжки и величины усилия в ней. При затяжках из стальных канатов применяют стаканные анкеры с заливкой их легкоплавкими сплавами. Если затяжка выполняется из пучка высокопрочной проволоки или прядей арматуры, применяются анкеры в виде колодки с пробкой или гильзоклиновые.

2. Основы расчета

При предварительном напряжении отдельных стержней фермы в целом работают как обычные стержневые системы и рассчитываются по общим правилам. В предварительно напряженных растянутых стержнях часть усилия воспринимается затяжкой, а часть - самим стержнем.

Исходя из полного использования расчетных сопротивлений материалов стержня и затяжки можно рассчитать:

сечение стержня

сечение затяжки

1 R-mRrr/RsJOn + Rcr) R3 (о„ +RcrXa -тЛст

(9.34)

где N - расчетное усилие в стержне фермы, /?ст и Rj - расчетные сопротивления стержня и затяжки, Оо - величина предварительного напряжения стержня; т = =£а/Яст - отношение модуля упругости затяжки к модулю упругости стержня.

Величиной предварительного напряжения стержня можно в первом приближении задаться в пределах оо= (0,7-0,9) Rct.

Фермы с затяжками, создающими предварительное напряжение сразу в нескольких стержнях, рассчитывают на внешние нагрузки как статически неопределимые. За лишнее неизвестное удобно принимать усилие в затяжке. Если предварительное напряжение осуществляется до приложения нагрузки, то расчет ведется в такой последовательности.

Определяются усилия в стержнях в основной системе от нагрузки Лр и от предварительного напряжения Л/ст.з-

В первом приближении величину усилия предварительного напряжения затяжки можно принять: для ферм арочного типа Л/з= (0,4h-0,5)jV™, для ферм с затяжкой вдоль нижнего пояса Л/з= (0,7-0,8)/Vp°-* j\jmax -максимальное усилие в нижнем поясе, получаемое из основной системы от расчетной нагрузки).

Сечение стержней подбирают по тому из двух усилий, по которому получается большее сечение: 1) Л/ст,з в стадии предварительного напряжения; 2) Лст.з-O.Q.Vp или Л/ст.з+1,1 Лр в стадии работы под нагрузкой. Сечение затяжки подбирается по усилию, равному 1,5 Л/а. Коэффициенты 0,9; 1,1 и 1,5 приближенно учитывают влияние самонапряжения затяжки (дополнительное усилие в затяжке, возникаюшее от загружения фермы).

После предварительного подбора сечения стержней ферму рассчитывают на действие нагрузки как статически неопределимую систему.

Усилие самонапряжения в затяжке при однопролетной ферме с одной затяжкой определяется по формуле

Ля.гн=

\ NcTsi Ncrpi /\\

(9.35)

где Лсг 3f и Лст pt - усилия в (-м стержне соответственно от единичной силы в за-тям<ке и от внешних сил; k и Аст.т - длина и площадь сечения стержня; U и 4з- длина и площадь сечения затяжки; Ест и Еа-модули упругости стержня и затяжки.

Контролируемое в процессе натяжения затянчки усилие Л/з.к принимается больше расчетного усилия Лз, учитывая возможность ослабления натяжения затяжки вследствие релаксации и обмятия в анкерных закреплениях:

где 0,95 - коэффициент, учитывающий релаксацию; Аа - величина податливости анкерных креплении, равная при при.мененин гаек или клиновидных шайб 0,1 см, прн применении анкеров с прокладками 0,2 см.

По контролируемому усилию проверяется несущая способность всех стержней фермы в процессе предварительного напряжения.

Окончательной является проверка несущей способности стержней на расчетные нагрузки.

Для стержней, у которых в основной системе усилия от расчетной нагрузки и от натяжения затянчки имеют разные знаки:

а) сжатые стержни

Np - (И2Лз + Узсн)Лз<ф/?ст4ст- (9-36)

б) растянутые стержни

Лр - (П2 Лз -f Лзсн) < Rcr Acrn- (9.37)

Для стержней, у которых в основной системе усилия от напряжения затяжки и от нагрузки имеют одинаковые знаки:

а) для сжатых стержней

Лр + (П1 Ns + Лзон) Лз < фКст Лет; (9.38)

б) для растянутых стержней

Лр -f (Щ Лз -f Лзсн) Лз < RcT Лстп (9.39)

где Лр - усилие в стержне от расчетной нагрузки в основной системе фермы; /Уз - усилие в стержне от усилия в затяжке, равного единице; :T2 = 0,9 и rti = l,l-коэффициенты перегрузки; (р - коэффициент продольного изгиба при центральном сжатии; RcT и Rl - расчетные сопротивления стержня и затяжки.

Для отдельных стержней, у которых в основной системе усилие от нагрузки меньше, чем усилие от натяжения затяжки (предварительное напряжение плюс самонапряженне), может оказаться необходимой проверка несущей способности на действие не расчетных, а нормативных нагрузок.

Прочность затяжки проверяется по формуле

"1Лз + Лзсн<:/?зЛ. 19.40)

При определении коэффиицента ф расчетная длина стержней, не связанных с затяжкой, принимается по обычным правилам. При размещении затяжки вдоль стержня расчетная длина стержня теоретически равна расстоянию между соседними точками соединения затяжки со стержнем (расстояние между диафрагмами). Однако, учитывая, что затяжка не всегда плотно примыкает к диафрагмам, целесообразно свободную длину принимать равной расстоянию между диафрагмами, умноженному на коэффициент 1,2.

Если проверка несущей способности стержней по формулам (9.36) - (9.40) даст излишние запасы или перенапряжения, необходимо внести соответствующие коррективы в сечения стержней или величину предварительного напряжения и произвести новую проверку.