Нижний пояс фермы на центральное растяжение

Общие сведения

Растянутые элементы — это нижние пояса ферм, затяжки арок и некоторые стержни других сквозных конструкций. Растягивающие усилия N действуют вдоль оси элемента, и во всех точках его поперечного сечения возникают растягивающие нор­мальные напряжения, которые с достаточной точностью счита­ются одинаковыми по значению.

Древесина работает на растяжение почти как упругий материал и имеет высокую прочность. Разрушение растянутых элементов происходит хрупко, в виде почти мгновенного разрыва наименее прочных волокон по пилообразной поверхности. Однако прочность реальной древесины при растяжении, в которой имеются допускаемые пороки и которая работает длительное время, значительно ниже.

Работа деревянных элементов при растяжении является наиболее ответственной. Они разрушаются почти мгновенно, поэтому растянутые элементы надо изготовлять, как правило, из наиболее прочной древесины 1-го сорта.

Растянуто-изгибаемые элементы работают одновременно на растяжение и на изгиб. Так работает, например, нижний пояс фермы, в котором кроме растяжения действует ещё и изгиб от межузловой нагрузки от веса подвесного перекрытия. Так же работает элемент, в котором растягивающие силы действуют с эксцентриситетом относительно его оси. Такие элементы называются ещё внецентренно-растянутыми. Схема работы, эпюры изгибающих моментов и напряжений в сечениях растянуто-изгибаемого элемента показаны на рис. 5.2.

В сечениях растянуто-изгибаемого элемента от продольных растягивающих сил N возникают равномерные растягивающие напряжения, а от изгибающего момента М — напряжения изгиба, состоящие из сжатия на одной половине и растяжения на другой половине сечения. Эти напряжения суммируются с учётом их знаков, благодаря чему растягивающие напряжения увеличиваются, а сжимающие уменьшаются. Наибольшие напряжения растяжения действуют в крайних растянутых кромках сечения в месте действия максимального изгибающего момента.

Здесь и начинается разрушение элемента от разрыва растянутых волокон древесины. Растянуто-изгибаемые элементы — это такие же ответственные элементы, как и растянутые, и их рекомендуется изготовлять из древесины 1-го сорта. Прочность растянутых элементов в тех местах, где они ослаблены отверстиями или врезками, снижается дополнительно в результате концентрации напряжений у их краёв. Это учитывается снижающим коэффициентом условий работы то = 0,8.

Растянутые и внецентренно-растянутые элементы рассчиты-ваются только по первой группе предельных состояний.

Расчетные формулы

Расчёт по прочности растянутых элементов производится на растягивающую силу N от расчётных нагрузок:

, (5.1)

где N – расчётная продольная сила; Fнт– площадь поперечного сечения нетто; m0= 0,8 –коэффициент для растянутых элементов с ослаблением в расчётном сечении; Rр– расчётное сопротивление древесины вдоль волокон.

При наличии ослаблений в пределах длины, равной 0,20 м в разных сечениях, поверхность разрыва всегда проходит через них. Поэтому при определении ослабленной площади сечения Fнт все ослабления на этой длине суммируются, как бы совмещаются в одном сечении (рис. 5.1).

Расчёт растянуто-изгибаемых элементов производится по прочности на действие продольных растягивающих сил N и изгибающих моментов М от действующих расчётных нагрузок по формуле

. (5.2)

При наличии ослаблений в пределах длины равной 0,20 м в разных сечениях, при определении Wнт все ослабления на этой длине суммируются.

Искривление оси растянуто-изгибаемого элемента при изгибе несколько уменьшает изгибающий момент от внешних нагрузок в результате возникающего эксцентриситета продольных сил. В запас прочности этот обратный изгибающий момент не учитывается при расчёте. Отношение расчётных сопротивлений растяжению и изгибу Rр/Rи позволяет привести эти напряжения к общему значению, что необходимо для сравнения его с расчётным сопротивлением растяжению.

Рис. 5.1. Растянуто-изгибаемый элемент:
а — схема работы и эпюры изгибающих моментов;
б — эпюры нормальных напряжений

Дата добавления: 2016-11-02; просмотров: 1062 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов

Читайте также:

Рекомендуемый контект:

Поиск на сайте:

© 2015-2020 lektsii.org — Контакты — Последнее добавление

Стропильные фермы изготавливаются из дерева, из дерева и металла, из металла, из железобетона. Их форма может быть сегментной, полигональной, трапецеидальной, треугольной и прямоугольной с параллельными поясами (рис. 120). По типу решеток фермы имеют не меньшее разнообразие. Решетки делаются раскосными, крестовыми, ромбическими, треугольными, шпренгельными и другими.

Рис. 120. Геометрия ферм

В данном случае нас интересуют деревянные и металлодеревянные треугольные и трапецеидальные фермы. Треугольные фермы устанавливаются на верхний обрез стен здания, а трапецеидальные на здания с дремпельными стенами. И еще нам будет интересны фермы для мансардных крыш.

Для понимания того, как работают фермы рассмотрим три классических варианта их конструкций: американскую (английскую), бельгийскую и французскую ферму. Русская конструкция крыши инженера Шухова принципиально отличается от всех перечисленных и по сути фермой уже не является, это стержневая оболочка. Ее мы рассматривать не будем.

Американская (по другим источникам английская) ферма есть логичное продолжение висячей стропильной системы. В которой стропильные ноги (верхний пояс фермы) упираются верхом друг в друга, а по низу (нижний пояс фермы) связаны затяжкой. Для того, чтобы затяжка не прогибалась она прикреплена к коньку бабкой (вертикальной связью). Для того, чтобы не прогибались стропильные ноги их подпирают раскосами. В этой ферме все логично и понятно. Верхний пояс и раскосы работают на сжатие, нижний пояс и бабки — на растяжение. Количество бабок и раскосов может быть увеличено. Сжатые и растянутые элементы изготавливают из дерева, но в растянутых дерево можно заменить металлом. На рисунке 121 сжатые элементы изображены двойной линией, а растянутые — одинарной.

Рис. 121. Американская ферма

Французская ферма инженера Полонсо состоит из подпружиненных стропильных ног (шпренгельных балок) аналогичных изображенным на рисунке 59.  Для того, чтобы стропильная нога не прогибалась её, подпирают шпренгелем, который снизу зажимают растянутой связью. Ферма получается стыкованием двух стропильных ног и связыванием их на уровне шпренгеля затяжкой. Которую, при необходимости, подвешивают к коньку бабкой предотвращающей прогиб. При необходимости количество шпренгелей может быть увеличено (рис. 122). Другое название ферм Полонсо — растяжные фермы. В них все элементы кроме верхнего пояса и шпренгелей работают на растяжение.

Рис. 122. Французская растяжная ферма. Ферма Полонсо

Бельгийская ферма аналог фермы Полонсо, но шпренгели здесь не обязательно стыкуются с верхним поясом под прямым углом. Угол может быть другим, бабка здесь не вертикальная, а наклонная. А подкос может быть, как наклонным, так и вертикальным. Таким образом бельгийская ферма получается противоположностью американской ферме. Бабки (растянутые связи) и подкосы (сжатые связи) поменяли свои места (рис. 123).

Рис. 123. Бельгийская ферма

Нужно запомнить одно правило. В стропильных фермах верхний пояс сжат, нижний — растянут, нисходящий раскос сжат, восходящий — растянут. Все растянутые элементы можно заменить на металлическую проволоку (полосу или профиль). И, как уже говорилось, на узлы ферм можно передать сосредоточенную нагрузку путем укладки прогонов, на которые можно будет опереть второстепенные стропила или кровлю из крупноразмерных деталей (волнистые асбестоцементный листы, профнастил и др.) Либо обрешетить верхний пояс ферм и тем самым нагрузить их равномерно распределенной нагрузкой. Пример нагружения фермы сосредоточенными силами приходящими в узлы можно посмотреть на рисунке 62 и рисунке 124.

Рис. 124. Поддерживающая прогоны ферма