Сидорак Д. П. Раціональні сталеві комбіновані кроквяні ферми

Основними напрямками розвитку і вдосконалення сталевих кроквяних ферм є мінімізація маси та зменшення працемісткості. Виявлено, що розробка нових ефективних конструктивних форм кроквяних ферм дозволяє розкрити додаткові резерви несучої здатності і знизити металоємність конструкцій. Проведений аналіз можливих шляхів підвищення ефективності комбінованих сталевих кроквяних ферм. Встановлено, що другим ефективним методом є раціональний розподіл внутрішніх зусиль. Наведено основну задачу регулювання напружено-деформованого стану (НДС) в комбінованій фермі – одержання рівноміцної конструкції, тобто найбільш раціональної системи. Встановлено, що для розробки нових раціональних конструктивних форм стальних ферм потрібно використати принцип заміни традиційних ферм на комбіновані. Показано умови для конструювання нової раціональної конструктивної форми комбінованої сталевої ферми (мінімальної маси) за геометричними параметрами (обрис ферми) і фізичними (розподіл матеріалу між елементами ферми). Запропоновано критерій раціональності комбінованої конструкції - одночасне досягнення напруженнями розрахункового опору матеріалу балки жорсткості в розрахункових перетинах балки жорсткості для основного навантаження. Наведено узагальнюючі принципи (мінімізація витрат матеріалу і принцип мінімальних технологічних витрат) формоутворення нових конструктивних комбінованих систем – ферм і особливості їх використання. Досліджено і одержано раціональні параметри комбінованих сталевих ферм прольотом 30 м: вибрано раціональну топологію - шпренгельна ферма з паралельними поясами - тип ферм Пратта з решіткою (N – truss) і обпиранням на верхній пояс; співвідношення маси балки жорсткості комбінованої ферми до загальної маси ферми рівне 50%; кут нахилу фермових стійок 78°-82°; ферма з кількістю панелей верхнього поясу шість, а верхній пояс якої має тільки п’ять проміжних опор; розрахункова схема - нерозрізний верхній і нижній пояси із шарнірним під’єднанням решітки; використання високоміцної сталі для розкосів. Показано, що розрахунок кожного виду таких конструкцій відомими методами дає нерівномірний напружений стан по довжині основного елемента – балки жорсткості, який полягає у істотній різниці між опорними і прольотними моментами, а це робить їх не завжди раціональними і економічними. Сформульовано задачу розрахункового регулювання НДС в сталевих комбінованих фермах, суть якої полягає в тому, щоб максимально забезпечити одержання рівнонапруженого стану в розрахункових перерізах балки жорсткості. Наведено, що для підвищення ефективності роботи сталевих комбінованих ферм, мінімізації їх маси та зменшення працемісткості, окрім розрахункових методів регулювання НДС, необхідне раціональне проектування. Встановлено, що при однакових навантаженнях і одному прольоті, рівному 30 м, маса ферми за ДСТУ Б В.2.6-74:2008- 2455,5 кг, маса еталонної комбінованої ферми – 2022,1 кг, а маса комбінованої ферми з розрахунковим регулюванням (регулюванням ексцентриситетами ) – 1772,9 кг. Наведено, що маса комбінованої ферми з розрахунковим регулюванням менша 27,8 % від маси ферми за ДСТУ і на 12,3 % від комбінованої ферми без регулювання НДС. Наведено, що розрахункове регулювання НДС зміною опорних і вузлових ексцентриситетів дозволяє більшою мірою використовувати резерви конструкції, не змінюючи її надійність, відповідно до практично доцільних величин. Проведено оцінку ефективності регулювання НДС розрахунковим методом, що дало змогу використати перерізи меншої площі і знизити витрату сталі від 12 % до 17% для ферм прольотом 18 м, та від 20,5% до 25% для 24 м, відповідно, від 12,5 % до 18% для прольоту 30 м. Проведено дослідження роботи зразків комбінованих сталевих ферм, аналіз НДС балки жорсткості, як основного елементу конструкції. Виконано перевірку несучої здатності за І та ІІ групою граничних станів в пружній стадії. Встановлено, що значення напружень у перерізах не перевищують значень розрахункового опору, прогини не виходять за межі встановлених обмежень. Проведено оцінку техніко-економічної та екологічної ефективностіраціональних комбінованих сталевих ферм з регулюванням НДС. Наведено чотири варіанти ферм із різними розрахунковими схемами та міцнісними характеристиками. Показано, що в раціональній конструкції ферм найбільш доцільно використовувати сталі класу S420 для забезпечення найменшої маси, а використання сталі підвищеної міцності класу С345 та звичайної сталі класу та C255 для деяких елементів решітки забезпечує найменшу вартість конструкції.