Многораскосная ферма из композитного материала

Полезная модель относится к области строительства, и может быть использована при возведении пролетных строений мостов и перекрытий гражданских сооружений.

Многораскосная ферма, включает выполненные из полос композитного материала прямоугольного поперечного сечения, расположенных своими широкими сторонами в вертикальных плоскостях, параллельных общей плоскости, элементы фермы, а именно, хотя бы один верхний и хотя бы один нижний пояса, расположенную между поясами хотя бы одну многраскосную крестовую систему решеток, содержащую группу стоек и две группы раскосов встречного направления, а также узлы соединения элементов фермы, выполненные позволяющими располагать полосы одного элемента между полосами других элементов и соединять их непосредственно, без применения фасонок, при этом полосы верхнего и нижнего поясов, изготовлены с возможностью выполнения прямолинейных участков поясов без стыков - это только из стеклопластика!, полосы стоек и раскосов изготовлены с возможностью выполнения без стыков по всей их длине. При этом, верхний и нижний пояса могут быть выполнены горизонтальными и прямолинейными на всю длину фермы, хотя бы один из них может иметь двухскатное очертание. Хотя бы один пояс может иметь полигональное очертание.

Технический эффект заявляемого изобретения заключается в упрощении конструкции и в простоте сборки многораскосной фермы, в увеличении возможностей проведения ремонта элементов на месте эксплуатации, в уменьшении нагрузки на конструкции, несущие многораскосную ферму, в снижении требуемой грузоподъемности монтажного оборудования в период строительства, в снижении эксплуатационных затрат.

Формула полезной модели содержит один независимый и шесть зависимых пункта.

Полезная модель относится к области строительства, и может быть использована при возведении пролетных строений мостов и перекрытий гражданских сооружений.

Известны фермы, пешеходных пролетных строений мостов с элементами из композитного материала, в качестве которого использован слоистый стеклопластик типа СППС. («Мостовые конструкции из стеклопластика» // Сборник статей «Внедрение опыта прикладных перспективных технологий авиастроения в промышленности и на транспорте», под ред. А.Е.Ушакова, вып.1, М., 2001, стр.135-140; «Применение композитных материалов для мостовых конструкций» // Сборник статей «Внедрение опыта прикладных перспективных технологий авиастроения в промышленности и на транспорте», под ред. А.Е.Ушакова, вып.3, М.,. 2004, стр.5-80).

Известные композитные фермы имеют простую раскосную решетку, а их элементы - пояса, стойки и раскосы выполнены из одиночных профилей швеллерного или квадратного с продольной полостью сечений, они соединяются в узлах болтами диаметра 12 мм по одной или двум плоскостям контакта, через металлические фасонки. Одно из самых больших пролетных строений такого типа установлено на мосту через трассу М7 в Нижегородской области (сайт , «Пешеходный мост у пос. Пыра, 378 км трассы М7 «Волга»). Пролет ферм 33,0 м, габарит пешеходной дорожки 3,0 м, масса пролетного строения - 30,9 т. Построенные пролетные строения мостов, в конструкции которых применены фермы из композитных материалов, отличаются малым весом, высокой скоростью возведения, стойкостью против воздействия агрессивных сред, долговечностью, незначительными эксплуатационными затратами.

Недостатки известных композитных ферм:

- применяется простая раскосная решетка, во всех элементах которой появляются плохо воспринимаемые материалом значительные поперечные силы и узловые изгибающие моменты;

- элементы решетки выполняются из одиночных профилей фасонного сечения, и усилия в узлах ферм передаются не более чем по двум плоскостям, что усугубляет работу раскосов и стоек в местах прикреплений, требует большого количества болтов, развитых фасонок и соответствующего увеличения поперечных сечений;

- фермы имеют большую высоту, необходимую для обеспечения нормативных требований по прогибам и связанную с невысоким модулем упругости стеклопластика;

- конструкции ферм требуют высококвалифицированной сборки объемной конструкции, в которую они включены, в заводском цехе или в специально оборудованном помещении, что ограничивает размеры монтажных элементов по условиям транспортировки.

Известна многораскосная ферма системы Тауна, которая является наиболее близкой к заявляемой полезной модели и выбрана в качестве прототипа (Е.О.Патон, // «Деревянные мосты»: Киев, типография товарищества Кушнеревъ и К^о, 1910, стр.518). Многораскосная ферма системы Тауна имеет горизонтальные верхний и нижний пояса и одну или две системы многораскосных решеток крестового типа. Все элементы многораскосной фермы монтируются из досок, расположенных своими широкими сторонами в нескольких вертикальных плоскостях, параллельных общей плоскости фермы. Доски поясов устанавливаются с зазорами, в которых располагаются концы элементов решетки - раскосов и стоек. Наиболее напряженные стойки, например, опорные, могут усиливаться досками с наружной стороны поясов. По длине пролета доски поясов стыкуются в разных местах, и стыки перекрываются дополнительным слоем досок. В узлах фермы доски разных элементов располагаются в смежных плоскостях и скрепляются нагелями и болтами без фасонок.

Известные многораскосные фермы просты по конструкции и легко изготавливаются на месте из пиломатериалов. Их максимальные пролеты достигали 50,0 м, и они применялись в пролетных строениях мостов под все виды временных нагрузок, включая железнодорожную.

Недостатками известных многораскосных ферм являлись:

- недолговечность, т.к. древесина подвержена растрескиванию и гниению, особенно в узлах, которые плохо проветриваются,

- низкая ремонтопригодность,

- значительный вес конструкций,

- невысокая продольная прочность и низкий модуль упругости материала вызывавшие необходимость строить многораскосные фермы значительной высоты, что ограничивало область их экономически оправданного применения;

- необходимость устройства ряда стыков по длине элементов из-за ограниченности длины деревянных изделий, что увеличивало расход материалов.

Ставилась задача разработать конструкцию фермы, которую можно монтировать в условиях строительной площадки из простейших, легко перевозимых деталей с минимальным числом стыков по длине элементов, обладающую долговечностью, небольшим весом, стойкостью к природным и техногенным воздействиям и применимую в пролетных строениях мостов и покрытиях гражданских сооружений.

Поставленная задача решается тем, что в многораскосной ферме из композитного материала, включающей выполненные из полос прямоугольного поперечного сечения, расположенных своими широкими сторонами в вертикальных плоскостях, параллельных общей плоскости, элементы фермы, а именно, хотя бы один верхний и хотя бы один нижний пояса, расположенную между поясами хотя бы одну многораскосную крестовую систему решеток, содержащую группу стоек и две группы раскосов встречного направления, а также узлы соединения элементов фермы, выполненные позволяющими располагать полосы одного элемента между полосами других элементов, элементы фермы изготовлены из композитного материала. Кроме того, полосы одного элемента соединены в узлах с полосами других элементов болтами и нагелями непосредственно, без фасонок, верхний и нижний пояса выполнены горизонтальными и прямолинейными на всю длину фермы, хотя бы один пояс может иметь полигональное очертание, а верхний пояс может иметь двухскатное очертание. Композитный материал предсавляет собой либо бакелизированную фанеру, либо древесный слоистый пластик, либо слоистый стеклопластик типа СППС. В последнем случае полосы верхнего и нижнего поясов, изготовлены с возможностью выполнения прямолинейных участков поясов без стыков, полосы стоек и раскосов изготовлены с возможностью выполнения без стыков по всей их длине.

Технический эффект заявляемой полезной модели заключается в следующем:

- снижается вес многораскосной фермы;

- облегчаются конструкции, несущие многораскосную ферму;

- увеличивается коррозионная и химическая стойкость и долговечность многораскосной фермы, снижаются эксплуатационные расходы;

- имеется возможность собирать многораскосные фермы на месте строительства из простых, легко перевозимых деталей и материалов;

- уменьшается высота ферм по сравнению с конструкциями, имеющими другой тип решетки, что позволяет снизить стоимость сооружения в целом.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг 1а представлена схема многораскосной фермы с крестовой решеткой, где 1 - верхний пояс, 2 - нижний пояс, 3 - раскосы, 4 - стойки. На фиг.1б, 1в, 1г при тех же обозначениях показаны примеры возможного взаимного расположения полос композитного материала в поперечных сечениях многораскосной фермы: 1б - с одной многораскосной системой крестовой решетки, имеющей две группы раскосов встречных направлений, стойками из двух полос и верхним поясом из четырех полос; 1в - с одной многораскосной системой крестовой решетки, имеющей две группы раскосов встречных направлений, стойками из трех полос и верхним поясом из четырех полос, 1г - с двумя многораскосными системами крестовой решетки, каждая из которых имеет две группы раскосов встречных направлений, стойками из двух полос и верхним поясом из шести полос.

Многораскосная главная ферма с крестовой решеткой изготавливается хотя бы с одним верхним поясом и хотя бы с одним нижним поясом. Пояса могут иметь прямолинейное, двухскатное или полигональное очертание. Элементы фермы - пояса, раскосы и стойки - выполняются из деталей в виде полос и могут быть выполнены, например, из стеклопластика типа СППС прямоугольного поперечного сечения одинаковой толщины. Полосы, составляющие элементы многораскосной главной фермы, располагаются своими широкими сторонами в нескольких вертикальных плоскостях, параллельных ее общей плоскости с зазорами, соответствующими толщине полос. Каждый пояс составлен хотя бы из двух полос. В зазорах между полосами поясов располагается хотя бы одна многораскосная система крестовой решетки, состоящая из двух групп раскосов встречного направления, и стоек. В узлах соединения элементов фермы полосы одного элемента располагаются между полосами других элементов, и соединяются все вместе болтами и нагелями без применения фасонок.

При выполнении расчетов ферм оптимизируются по расходу материалов следующие параметры:

- высота ферм;

- число верхних и число нижних поясов;

- размеры поперечных сечений полос композитного материала;

- число полос в каждом из поясов с изменением по длине пролета;

- количество систем многораскосной решетки;

- шаг раскосов вдоль пролета и, соответственно, их число в одном поперечном сечении многораскосной фермы;

- число полос в стойках системы.

Параметры многораскосной фермы определяются с учетом выполнения ее узлов без применения фасонок.

Преимущества заявляемой полезной модели заключаются в следующем: для элементов многораскосной фермы применяется легкий и долговечный материал, стойкий к атмосферным и техногенным воздействиям; элементы фермы соединяются в узлах без применения фасонок, а в случае использования стеклопластика все прямолинейные элементы ферм составляются из полос композитного материала без стыков; многораскосные фермы могут быть изготовлены на месте применения из простейших деталей, удобных для перевозки и монтажа в условиях строительной площадки, они легко ремонтируемы, установка в пролет объемных монтажных элементов с многораскосными фермами может быть выполнена легкими строительными кранами.

1. Многораскосная ферма из композитного материала, включающая выполненные из полос прямоугольного поперечного сечения, расположенных своими широкими сторонами в вертикальных плоскостях, параллельных общей плоскости, элементы фермы, а именно, хотя бы один верхний и хотя бы один нижний пояса, расположенную между поясами хотя бы одну многораскосную крестовую систему решеток, содержащую группу стоек и две группы раскосов встречного направления, а также узлы соединения элементов фермы, выполненные позволяющими располагать полосы одного элемента между полосами других элементов и соединять их болтами и нагелями непосредственно, без фасонок, отличающаяся тем, что элементы фермы изготовлены из композитного материала.

2. Многораскосная ферма по п.1, отличающаяся тем, что композитный материал представляет собой слоистый стеклопластик типа СППС.

3. Многораскосная ферма по п.1, отличающаяся тем, что верхний и нижний пояса выполнены горизонтальными и прямолинейными на всю длину фермы.

4. Многораскосная ферма по п.1, отличающаяся тем, что верхний пояс имеет двухскатное очертание.

5. Многораскосная ферма по п.1, отличающаяся тем, что хотя бы один пояс имеет полигональное очертание.

6. Многораскосная ферма по п.2, отличающаяся тем, что полосы верхнего и нижнего поясов изготовлены с возможностью выполнения прямолинейных участков поясов без стыков, полосы стоек и раскосов изготовлены с возможностью выполнения без стыков по всей их длине.

7. Многораскосная ферма по п.1, отличающаяся тем, что композитный материал представляет собой древесный слоистый пластик.

8. Многораскосная ферма по п.1, отличающаяся тем, что композитный материал представляет собой бакелизированную фанеру.