Разработка конструкции усиления фермы с изменением расчетной схемы

Аннотация. В статье приведены результаты анализа перемещений исходя из разработки конструкций усиления фермы с параллельными поясами пролетом 24 м при помощи изменения расчетной схемы.

Abstract. The article presents the results of the analysis of displacements based on the development of truss reinforcement structures with parallel belts of 24 m by changing the design scheme.

Ключевые слова: стальная ферма, усиление, усиление ферм, изменение расчетной схемы, ферма с параллельными поясами.

Keywords: steel truss, reinforcement, truss reinforcement, change in design scheme, truss with parallel belts.

При реконструкции часто появляется необходимость повышения несущей способности конструкций за счет их усиления. К настоящему времени накоплен богатый практический опыт по выбору рациональных схем и разработке различных приемов усиления. Сравнительно меньше уделялось внимания формированию нормативных материалов по проектированию и вопросам расчета усиленных элементов. Эти обстоятельства препятствуют эффективному использованию усиления при реконструкции зданий и сооружений.

Основной целью и задачей настоящей работы является разработка способов определения слабых частей и элементов стальных ферм в предельном состоянии по устойчивости и поиск рациональных схем и способов усиления их.

Усиление ферм включает мероприятия, обеспечивающие дальнейшую их надежную эксплуатацию и способность удовлетворять эксплуатационным требованиям [1]. Это усиление выполняется одним из следующих основных способов:

·     Усиление ферм увеличением сечений отдельных стержней.

·     Усиление ферм введением дополнительных шпренгельных элементов решетки.

·     Усиление ферм затяжками.

·     Усиление ферм изменением конструктивных схем.

Исследование разных способов усиления фермы с параллельными поясами 24 м, был осуществлено в программном комплексе «ЛИРА-САПР». Элементы ферм были смоделированы из универсальных стержневых конечных элементов типа 10. Соединение элементов шарнирное.

Рисунок 1. Расчетная схема

Сечения элементов металлические парные уголки (рис.2). На фермы была приложена нагрузка от собственного веса, снеговая и ветровая нагрузки.

Анализ перемещений по Z выявил, что деформация фермы имеет значение 99.3 мм, что превышает нормативное значение 82 мм (рис.3). Для уменьшения прогибов были установлены дополнительные элементы к опорным раскосам.

Рисунок 2. Жесткости элементов ферм

Рисунок 3. Перемещения основной схемы

При установке дополнительного элемента, перемещения по Z стали равны 96 мм. Это говорит о том, что опорный раскос не является наиболее слабым элементом, влияющим на прогибы (рис.4)

Постановка дополнительных шпренгелей в среднюю часть фермы как тоже не дало нужного результата, перемещения по Z=96 мм (рис.5)

Увеличение жесткости сечения верхнего пояса стальной фермы дало нам уменьшение перемещений по Z до 90 мм, что говорит о том, что сжатые элементы верхнего пояса наиболее активно влияют на деформативность при данной схеме загружении (рис.6).

Рисунок 4. Перемещения после усиления опорного раскоса

Рисунок 5. Перемещения после установки дополнительных шпренгелей

Комбинированный способ усиления фермы при помощи увеличения жесткости сечений опорных раскосов и элементов верхнего пояса уменьшает значение перемещений по Z до 81 мм, что соответствует требованиям перемещений для данной фермы Z=82 мм [2,3]

Усиление решетки путем изменения конструктивной схемы дало положительный эффект перемещений по Z = 76 мм.

Рисунок 6. Усиление решетки фермы

Рассматривая данную стальную ферму, при данном способе загружения можно сделать вывод, что наиболее слабыми элементами фермы являются элементы верхнего и средней части нижнего пояса. Усиление данных элементов дает допустимое значение перемещений по Z.