Ферма моста что это
Ферма моста что это
Для производства разнообразных строительных конструкций широко применяются металлические фермы. Эти кострукции представляют собой систему стержней, соединяющихся между собой в узлах путем сварки либо с применением болтов. Создание фермы для мостов требует сложных технических расчетов со строгим соблюдением законов строительной механики.
Что собой представляют мостовые фермы
Мостовая ферма является системой на стержнях сквозного типа. Принимает на себя основные нагрузки в конструкции любого моста. Геометрически такая система всегда является неизменной под воздействием факторов типа извне. Объединение в узлах строится с обязательным использованием нужного типа шарниров.
Главная особенность конструкции таится в том, что она в состоянии сопротивляться внушительным нагрузкам. Ферма состоит из необходимого числа треугольников. Они и обеспечивают феноменальную жёсткость, если производить сравнение с аналогичными вариантами решения этой технической проблемы. Нагрузка распределяется так, потому что стержни полностью проявляют свои качества не на излом, а на растяжение и сжатие.
Какие бывают разновидности ферм в системе мостов
Фермы из металла классифицируют по разнообразным признакам:
Все разновидности таких конструкций, как фермы, предназначены исключительно для строго определенных видов эксплуатационных нагрузок. Поэтому проектировщики чаще всего останавливают свой выбор на трапециевидной ферме для моста с решеткой варианта исполнения треугольник и арочную форму с решеткой разновидности раскоска.
Ферма предназначена для надежного и качественного перекрытия пролетов большой протяженности. Такая конструктивная хитрость помогает сделать расход материалов минимальным. Финансовые затраты заметно снижаются, сама конструкция снижает нагрузку на опоры из-за того, что относится к облегченному техническому решению.
Достоинства мостовых ферм
Фермы для обустройства мостовых конструкций демонстрируют ряд преимуществ:
Недостатки мостовых ферм
Мостовые фермы имеют и ряд существенных недостатков:
Элементы конструкции фермы мостового типа
Ферма мостового типа состоит из следующих элементов конструкции:
Варианты соединений
Мосты относятся к сооружениям, чей срок эксплуатации часто превышает столетие. Поэтому большое значение для обеспечения прочности всей конструкции имеет именно тип примененного соединения.
Хорошим вариантом соединения является, когда каркас из металла усилен заклепками. Еще совсем недавно именно оно было наиболее часто применяемым, если металлоконструкция не была изготовлена из дерева. Однако, начиная с 1930-х гг. прошлого века его начала активно вытеснять разнообразная сварка. Также хорошо себя зарекомендовали и крепление на качественных болтах с высокими показателями прочности, надежно защищённых от коррозийных процессов.
Любой из вариантов эффективно выдерживает титанические нагрузки на уровне до сотен килоньютонов.
Специалисты предварительно рассчитывают, какое число сварочных швов болтов или заклепок требуется сделать для обеспечения требований к уровню безопасности будущего моста. Также планируется и то, какой порядок расположения будет оптимально целесообразным. Если в качестве метизов выбраны болты или заклепки, то усилия будут передаваться стержнями, которые монтируются в отверстия выбранных элементов. Головки успешно препятствуют размыканию и потере соединением надежности.
Мостовые фермы
Мостовые фермы
По схемам расчета все мостовые фермы – классические стержневые структуры, внутри которых распределяется нагрузка. Их особенность – неизменность геометрической структуры, узлы которой держатся на соединениях шарнирного типа. Уникальность любой мостовой сферы заключается именно в ее прочностных характеристиках, позволяющих конструкции сохранять свою целостность в любых эксплуатационных условиях. Нагрузки она испытывает предельно высокие. По этой причине конструктивно ферма – множество объединенных друг с другом треугольников. Такая форма позволяет добиться максимальной жесткости и прочности итоговой конструкции. Вся нагрузка, с учетом особенностей конструкции, направлена строго в места сочленений, что обусловлено высокой прочностью шарнирных сочленений на сжатие и меньшей – на излом. Этот же принцип позволяет мостовым фермам выдерживать существенные ветровые нагрузки без деформаций и разрушения конструкций.
Принципы классификации ферм
Каждый тип ферм проектируется и разрабатывается под определенные эксплуатационные условия и нагрузки. В частности, для мостов традиционной считается трапециевидная форма с решетчатой структурой треугольного типа. Не менее распространен арочный вариант в сочетании с решеткой раскосного типа.
Основная идея использования и проектирования мостовых ферм – перекрытие больших межопорных пролетов с минимальным расходом материалов. При грамотном проектировании фермы позволяют существенно удешевить, упростить и ускорить процесс строительства, не жертвуя при этом сроком эксплуатации и прочностью готового изделия. Все грамотно спроектированные мостовые фермы обладают следующим комплексом преимуществ:
Есть у ферм и свои недостатки:
Фермы находятся на службе у строителей и проектировщиков более полутора веков, и за это время они своей актуальности не утратили. Более того, создание новых типов бетона, металлических сплавов, а также разработка новых типов ферменных конструкций, позволяет снова активно использовать их в строительной и проектной деятельности. Но и старые проектные решения активно используются и по сей день. К примеру, пешеходный мост около ТЦ «Вегас» построен с использованием неразрезной металлической фермы.
Мосты со сквозными фермами
Пролетные строения со сквозными фермами применяются главным образом для перекрытия средних и больших пролетов, где балки со сплошными стенками получаются тяжелыми и сложными.
Стержневая ферма является как бы скелетом балки — вместо сплошного вертикального листа стенки здесь поставлена стержневая решетка, элементы которой вместе с поясами образуют геометрически неизменяемую систему. В стержневых фермах при узловой нагрузке все элементы работают на центральные осевые силы, что позволяет рационально использовать рабочие площади их сечений.
Однако при небольших пролетах экономия металла не достигается или получается незначительной из-за неизбежных излишков в площадях сечений стержней, обусловленных ограничениями в использовании малых номеров профильного проката, необходимостью выдерживать нормируемую гибкость стержней и т. п. Трудоемкость изготовления и общая стоимость сквозных ферм малых пролетов оказываются выше, чем балок со сплошной стенкой.
Точно установить границы целесообразного применения сквозных ферм не представляется возможным, так как они зависят от многих условий: состояния техники изготовления на заводах, условий перевозки и монтажа, строительной высоты, системы моста, качества стали. Решение вопроса каждый раз определяется конкретными условиями проектирования моста.
Рис. 95. Схемы мостов со сквозными фермами В мостах используются сквозные пролетные строения с разрезными, неразрезными и консольными фермами при езде поверху и понизу (рис. 95).
Простейшее пролетное строение с ездой поверху (рис. 96) состоит из двух главных ферм, соединенных верхними и нижними продольными связями, а также опорными и промежуточными поперечными связями. Продольные связи формируются как горизонтальные фермы: их поясами служат пояса главных ферм.
Рис. 96. Схема пролетного строения с ездой поверху Поперечные связи размещаются в плоскостях крайних и промежуточных стоек главных ферм. Расстояние между смежными узлами пояса фермы называют панелью.
Геометрическая неизменяемость пролетного строения, представляющего собой пространственную конструкцию, обеспечивается неизменяемостью шести его плоских граней: главных ферм, систем верхних и нижних продольных и опорных поперечных связей.
Полученную горизонтальную нагрузку ферма верхних продольных связей передает опорным поперечным связям, а последние — через опорные части на опоры моста. Горизонтальная нагрузка от нижних продольных связей передается непосредственно на опорные части пролетного строения.
Промежуточные поперечные связи предназначены выравнивать вертикальную нагрузку между главными фермами при неодинаковом их загружении и повышать сопротивление пролетного строения кручению. Кроме того, при современной технологии сборки больших пролетных строений без устройства поддерживающих подмостей (навесным или полунавесным способами) промежуточные поперечные связи должны обеспечивать геометрическую неизменяемость пролетного строения в процессе его сборки, когда одна из систем опорных поперечных связей отсутствует.
Рис. 97. Основные размеры пролетного строения К основным размерам пролетного строения относятся: расчетный пролет l, высота ферм h, измеряемая между осями верхнего и нижнего поясов, расстояние между фермами В, длина панели d и угол наклона раскосов к вертикали а (рис. 97, а).
Высота главных ферм h при езде поверху определяется, как правило, требованиями вертикальной жесткости и экономичности. Показателем достаточной жесткости является величина прогиба ферм от нормативной временной вертикальной нагрузки. Для железнодорожных мостов прогиб не должен превышать 1/800 l, а для автодорожных мостов — 1/400 l.
Многолетняя практика проектирования показала, что наиболее экономичными по расходу металла фермы железнодорожных мостов получаются при высоте их h, равной (1/5 — 1/7) l.
В автодорожных мостах это отношение колеблется в пределах (1/5 — 1/10) l.
В ряде случаев высота ферм при езде поверху может быть назначена и меньшей с целью сокращения высоты и стоимости насыпи на подходах к мосту.
Назначение высоты ферм может быть также подчинено удобствам заводского изготовления. Например, для ферм разных пролетов высота может быть принята одинаковой с целью использования одних и тех же заводских обустройств (кондукторов, шаблонов и т. д.) для изготовления их элементов.
В городских условиях высота ферм пролетных строений, входящих в комплекс мостового перехода, иногда определяется архитектурными соображениями.
Расстояние между осями ферм В в пролетных строениях с ездой поверху зависит от числа путей (у железнодорожных мостов), ширины проезжей части и тротуаров (у автодорожных и городских мостов), конструкции проезжей части, а также от требований, предъявляемых к устойчивости пролетных строений и жесткости в горизонтальной плоскости.
При небольших пролетах мостов под однопутную железную дорогу (до 30—35 м) и при езде на деревянных, мостовых брусьях стандартных размеров, уложенных непосредственно на пояса ферм, минимальное расстояние между фермами может быть назначено таким же, как и у пролетных строений со сплошными стенками, т. е. 2,0—2,2 м.
Однако верхние пояса ферм при этом будут работать в трудных условиях на сжатие и местный изгиб в связи с внеузловым приложением нагрузки.
Длину панели d при опирании мостовых брусьев на пояса ферм стараются назначать по возможности меньшей, чтобы уменьшить изгибающий момент в поясах, а высоту верхних поясов развивают до (1/5 — 1/7) l, учитывая работу поясов на сжатие с изгибом.
При пролетах более 35—40 м приходится увеличивать расстояние между фермами для обеспечения устойчивости пролетного строения и создания достаточной жесткости в горизонтальной плоскости. Обеспечить устойчивость можно, расположив, например, опорные части на более высоком уровне (рис. 97, б) или применив опорные части, способные воспринимать отрицательные реакции.
По требованиям жесткости пролетного строения в горизонтальной плоскости, основанным на опыте эксплуатации пролетных строений с ездой поверху, рекомендуется назначать расстояние между фермами не менее (1/16 — 1/20) l.
При расстоянии между фермами до 2,5 м можно применить деревянные мостовые брусья с увеличенной высотой. При большем расстоянии между фермами сечения деревянных брусьев оказываются непомерно большими.
Рис. 98. Схема пролетного строения с балочной клеткой В этом случае пролетное строение снабжают балочной клеткой, состоящей из поперечных балок, прикрепленных в узлах главных ферм, и продольных балок, опирающихся на поперечные (рис. 98). Стандартные мостовые брусья укладываются на продольные балки, расстояние между которыми 1,9—2 м. В таком пролетном строении обеспечивается узловая передача вертикальной нагрузки на главные фермы, и пояса работают на осевые усилия.
Угол наклона раскосов к вертикали а в фермах зависит от длины панели и высоты ферм, поэтому при назначении этих размеров ферм приходится обращать внимание на получаемый наклон раскоса. При очень остром угле усилия в раскосах и их длина уменьшаются, но число раскосов и их суммарная длина возрастают; с увеличением угла растут усилия в раскосах и их длина, что приводит к увеличению сечений раскосов, однако при этом количество и общая протяженность раскосов сокращаются.
Наиболее выгодным по расходу металла и удобным для конструирования узлов является угол, близкий к 40°. Допустимыми являются углы в пределах от 30 до 50°. При иных значениях угла слишком высокими или широкими получаются узловые фасонки, неконструктивными оказываются прикрепления элементов й повышается расход металла на раскосы и в целом на фермы.
В условиях нашей страны с преобладающим равнинным характером рек для перекрытия русловых судоходных пролетов редко применяются пролетные строения с ездой поверху из-за их большой строительной высоты, от которой зависит общая высота моста и подходов к нему. Чаще используются пролетные строения с ездой понизу, отличающиеся малой строительной высотой.
У ферм этих пролетных строений целесообразно исключить концевые стойки и примыкающие к ним элементы верхних поясов, так как они не работают на вертикальную нагрузку. Очертание контура ферм в этом случае приобретает форму трапеции.
Рис. 99. Пролетное строение с ездой понизу Пролетное строение с ездой понизу под однопутную железную дорогу формируется из двух главных ферм, соединенных верхними и нижними продольными связями, промежуточными и опорными поперечными связями (рис. 99). Расстояние между осями ферм здесь приходится увеличивать до 5,6—5,8 м, чтобы фермы размещались вне пределов габарита приближения строений. При больших пролетах это расстояние также определяется требованиями обеспечения поперечной устойчивости и горизонтальной жесткости.
Наименьшая высота главных ферм определяется из условий размещения верхних продольных и поперечных связей за пределами габарита приближения строений и составляет 7,5—8,0 м.
В пролетном строении с ездой понизу увеличиваются длины элементов продольных связей и усложняется устройство поперечных связей. Опорные псщеречные связи обычно размещают в плоскостях крайних раскосов и формируют в виде жестких рам, называемых портальными.
Промежуточные поперечные связи устраивают в плоскостях стоек или подвесок также в виде рам со сквозными или сплошными ригелями, расположенными выше габарита приближения строений.
Продольные и поперечные балки проезжей части для сокращения строительной высоты обычно располагают в одном уровне.
Продольные балки в пределах каждой панели представляют собой как бы небольшие пролетные строения. Они объединяются верхними продольными и промежуточными поперечными связями.
Затрата металла на проезжую часть (продольные и поперечные балки) составляет существенную часть общего расхода металла на пролетное строение. Наименьший расход металла на балочную клетку с ездой на деревянных мостовых брусьях достигается при длине панели 5—6 м.
В редких случаях, при небольших пролетах, высота главных ферм принималась менее 7,5—8,0 м. При этом исключается возможность установки верхних продольных связей.
Рис. 100. Пролетное строение с ездой понизу открытого типа Для обеспечения поперечной жесткости открытых пролетных строений (рис. 100) поперечные балки объединяют со стойками ферм в жесткие полурамы, ригелями которых служат поперечные балки.
Верхние пояса ферм таких пролетных строений работают в очень неблагоприятных условиях как сжатые стержни, упруго закрепленные в местах установки полурам. При недостаточной жесткости полурам случались аварии подобных конструкций вследствие потери верхними поясами устойчивости.
Рис. 101. Тормозные связи Пролетные строения железнодорожных мостов подвержены воздействию значительных тормозных сил. Тормозные силы приложены к продольным балкам и если балки не закрепить в продольном направлении, то они будут смещаться вдоль пролета, изгибая поперечные балки в горизонтальной плоскости. Во избежание этого ставят специальные тормозные связи (рис. 101), прикрепляющие продольные балки к поясам главных ферм и передающие тормозные усилия с продольных балок в узлы главных ферм. Далее тормозные силы с поясов передаются на опоры через неподвижные опорные части.
В многопролетных мостах на каждой промежуточной опоре под одно из пролетных строений обычно устанавливают неподвижные опорные части, а под другое — подвижные, чтобы равномернее распределить между опорами нагрузку от тормозных сил.
Ферма (конструкция)
Ферма состоит из элементов: пояс, стойка, раскос, шпренгель (опорный раскос).
Содержание
История
Классификация
Фермы классифицируют по следующим признакам:
Область применения
Фермы широко используются в современном строительстве, в основном для перекрытия больших пролётов: мосты, стропильные системы промышленных зданий, спортивные сооружения.Так же данная конструкция может использоваться специалистами при производстве различных видов павильонов, сценических конструкций, тентов и подиумов.
Принцип действия
Если произвольным образом скрепить на шарнирах несколько стержней, то они будут беспорядочно крутиться вокруг друг друга, и подобная конструкция будет, как говорят в строительной механике, «изменяемой», то есть если на неё надавить, то она сложится, как складываются стенки спичечного коробка. Совсем другое дело, если Вы составите из стерженьков обычный треугольник. Теперь, сколько бы Вы ни давили, конструкция сможет сложиться, только если сломать один из стержней, или оторвать его от других. Это конструкция уже «неизменяемая». Конструкция фермы содержит в себе эти треугольники. И стрела башенного крана и сложные опоры, все они состоят из маленьких и больших треугольников.
Важно знать, что так как любые стержни лучше работают на сжатие-растяжение, чем на излом, то нагрузку к ферме следует прикладывать в точках соединения стержней.
Фактически стержни фермы обычно соединяют между собой не через шарниры, а жёстко. То есть, если взять два любых стержня и отрезать их от остальной конструкции, то они не будут вращаться относительно друг друга. Однако, в простейших расчётах этим пренебрегают и считают, что шарнир имеется.
Принцип расчёта ферм вырезанием узлов
Существует огромное количество способов расчёта ферм, как простых, так и сложных. Один из самых простых — расчёт вырезанием узлов. Данный способ подходит для простейших плоских ферм и применяется для обучения студентов ВТУЗов.
Для расчёта фермы все силы, действующие на ферму, сводят к её узлам. После того, как определены силы, действующие на ферму, считают реакции опор фермы. После того, как реакции определены, берут любой узел, в котором встречаются только 2 стержня и приложены какие-либо силы. Мысленно обрезают остальную часть фермы и получают узел, в котором встречаются несколько известных сил (например, реакции опор) и две неизвестных силы — те усилия, которые действуют в необрезанных нами стержнях фермы. Находят неизвестные усилия в стержнях, составляя уравнения равенства сил по любым двум осям. Далее, зная эти усилия, вырезают следующий узел и т. д., пока не будут найдены усилия во всех стержнях.
Примеры
См. также
Примечания
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Ферма (конструкция)» в других словарях:
Ферма (значения) — Ферма: Ферма конструкция, основные элементы которой работают на растяжение сжатие Ферма сельскохозяйственное предприятие, принадлежащее фермеру Ферма животноводческое сельскохозяйственное предприятие Ферма в США обиходное… … Википедия
ФЕРМА — плоская конструкция, состоящая из соединенных между собой отдельных стержней или дисков, перекрывающая отверстие между опорами и передающая на последние воспринимаемую ею нагрузку. Арочная ферма Изготовляется из металла, дерева или железобетона.… … Технический железнодорожный словарь
Ферма — – плоская стержневая несущая конструкция. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ им. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.] Ферма – несущая стержневая конструкция, как правило… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Ферма стропильная — (от франц.) – строительная несущая конструкция для покрытия, как правило, больших пролетов, представляет собой плоскую конструкцию из стержневых элементов, соединяемых в шарнирных и/или жестких узлах, состоящая из элементов верхнего сжатого … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Ферма безраскосная — – Ферма безраскосная[ФЕРМА РАМНАЯ] – стержневая балочная конструкция, состоящая из параллельных поясов и жёстко соединённых с ними стоек, по аналогии названная фермой. [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ФЕРМА БЕЗРАСКОСНАЯ — [ФЕРМА РАМНАЯ] стержневая балочная конструкция, состоящая из параллельных поясов и жёстко соединённых с ними стоек, по аналогии названная фермой (Болгарский язык; Български) виренделова греда; рамкова ферма (Чешский язык; Čeština) rámový… … Строительный словарь
ферма (в строительной механике) — ферма Стержневая система, остающаяся геометрически неизменяемой, если в ней все жесткие узлы заменены шарнирными. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 82. Строительная механика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1970 … Справочник технического переводчика
ферма безраскосная — Стержневая балочная конструкция, состоящая из параллельных поясов и жёстко соединённых с ними стоек, по аналогии названная фермой [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики строительная механика,… … Справочник технического переводчика
ФЕРМА — (от латинского firmus прочный) (строительное), стержневая несущая конструкция, у которой соединения стержней в узлах при расчете принимаются шарнирными. Металлические, железобетонные, деревянные и комбинированные фермы применяют в покрытиях… … Современная энциклопедия
Ферма (технич.) — Ферма (франц. ferme, от лат. firmus √ крепкий, прочный), несущая конструкция, состоящая из прямолинейных стержней, узловые соединения которых при расчёте условно принимаются шарнирными. Ф. применяют главным образом в строительстве (покрытия… … Большая советская энциклопедия