напряженной фермы 1 - при предварительном напряжении до загружения; 2 - при предварительном напряжении после частичного загружения
Рис.13.14. Размещение затяжек в неразрезных фермах а - прямолинейные затяжки на растянутых участках поясов; 6 - ломаные затяжки в пределах габаритов ферм; в - выносные затяжки
Рис. 13.15. Предварительное напряжение ферм и подвесных подкрановых балок петлевидными затяжками, напрягаемыми путем их отклонения из плоскости фермы 1 - затяжка; 2 - подкрановая балка; 3 - связи (подвески)
Эффективность предварительного напряжения также зависит от последовательности натяжения затяжки и загружения фермы. Натяжение затяжки может осуществляться на монтажной площадке в процессе укрупнительной сборки или когда фермы установлены в проектное положение. Во втором случае натяжение затяжки целесообразно осуществлять после передачи на ферму части или всей постоянной нагрузки (многоступенчатое предварительное напряжение), что дает больший эффект, чем натяжение до загружения ферм (рис. 13.13). Нри правильно выбранных последовательности натяжения и значении усилия натяжения затяжки можно получить экономию стали до 25-30 %.
В неразрезных фермах применяются прямолинейные затяжки, расположенные вдоль растянутых участков поясов (рис. 13.14,а), а также ломаные в пределах габаритов фермы (рис. 13.14,6) или выносные (рис. 13.14,в) затяжки. В предварительно напряженных фермах возможно применение всех типов затяжек и анкерных креплений, рекомендуемых для балок, при этом наиболее изучено и разработано применение затяжек из стальных канатов с анкерами стаканного типа.
Для покрытий с подвесными многопролетными кран-балками можно использовать предварительно напряженные фермы типа «арка с затяжкой» с затяжками петлевидного типа (рис. 13.15,а), которые закрепляются на концевых упорах в опорных узлах ферм. Затем они переходят с одной стороны фермы на другую, закрепляясь в местах перелома на верхних поясах подкрановых балок, образуя многозвеньевую «восьмерку» (рис. 13.15,6).
Натяжение затяжки, выполненной из круглых стержней арматурной стали.
производится наверху оттяжкой ветвей и закреплением их на верхних поясах подкрановых балок. В большепролетных покрытиях ангаров могут применяться консольные предварительно напряженные фермы с расположением затяжек по верхнему поясу (рис. 13.5,е). В результате предварительного напряжения затяжек, осуществляемого наверху, можно получить экономию стали до 12 %.
Более широкое распространение могут получить затяжки и ванты в виде шар-нирно-сочлененных звеньев из полосового или листового проката сталей повышенной и высокой прочности. Такие конструкционные элементы не обладают ползучестью, могут быть изготовлены с высокой точностью, удобны при монтаже, благодаря полной заводской готовности. Вместе с тем работа проушин и штырей
Рис. 13.16. Предварительно напряженные
кровельные панели а - с раскосной решеткой; б - с безраскосной решеткой
изучена очень хорошо, и поэтому нет никаких проблем с прогнозированием ресурса надежности таких напрягающих растянутых элементов.
13.2.4. Кровельные панели, усиленные шпренгельными системами. При пролетах более 6 м кровельные панели целесообразно усиливать шпренгелем с раскосной или безраскосной решеткой (рис.13.16,а,6), что позволяет увеличить их жесткость без значительной затраты материала. Так
как транспортировать панели с шпренгелями затруднительно, панель и шпрен-гель перевозят с завода на строительную площадку отдельно, объединяя их на площадке укрупнительной сборки.
В верхней и нижней обшивках панели создаются растягивающие напряжения, которые погашаются сжимающими усилиями при загружений панели расчетной нагрузкой. Цепные усилия, которые возникают в обшивке, на промежуточных опорах шпренгеля уравновешиваются, а в крайних закреплениях передаются на каркас панели.
13.2.5. Рамы, арки и своды с включением предварительно напряженных высокопрочных элементов. В рамах, арках и сводах большепролетных покрьггий зданий, в которых собственный вес несущих и ограждающих конструкций является основной частью нагрузки, предварительное напряжение, осуществляемое с помощью натяжения высокопрочных элементов (рис. 13.5), может дать значительный эффект. При расположении затяжки на уровне опорных шарниров стоек рам (рис. 13.5,г) натяжением затяжки можно разгрузить среднюю часть ригеля и несколько облегчить фундаменты, при этом небольшое увеличение усилий в опорном узле рамы и стойках не сказывается при больших пролетах и невысоких стойках. Варьируя расположением затяжек, можно получить благоприятные эпюры изгибающих моментов от предварительного напряжения для ригеля (рис. 13.5,6), а также одинаково благоприятные эпюры моментов для ригеля и опор (рис. 13.5,в), при этом экономия стали по сравнению с рамной решетчатой системой без предварительного напряжения достигает 20-30 %.
В другой схеме предварительного напряжения (рис. 13.5,в) затяжка расположена посередине пролета вдоль нижнего пояса ригеля, у опор она поднимается к верхнему поясу, перекидывается через выступающие за колонны консольные стержни и закрепляется в нижней части колонн над опорными шарнирами. В результате натяжения затяжки нижний пояс ригеля подвергается эффекту двойного сжатия: от натяжения затяжки и от нагружения наклонных стержней консолей, на которые опирается затяжка.
При действии эксплуатационных нагрузок нижний пояс ригеля остается растянутым, колонны от натяжения затяжки получают дополнительное сжатие, однако это не требует дополнительного их усиления. Определенным преимуществом такой схемы является то, что натяжение затяжки производится внизу. Следует учитывать, что для этих схем предварительного напряжения требуются мощные затяжки, которые выполняются из одного или нескольких стальных канатов.
В арочных конструкциях предварительное напряжение создается главным образом затяжками прямолинейного (рис. 13.5,г) или ломаного (рис. 13.5,й) очертания. Чем сложнее конструктивная схема арок и выше ее статическая неопределимость, тем больше рациональных схем предварительного напряжения. Для конструктив-
Рис. 13.17. Сводчатое предварительно
напряженное покрытие 1 - арки с затяжкой; 2 - бортовая предварительно напряженная балка; 3 - связи
ных схем, представленных на рис. 13.5,ж-к, предварительное напряжение позволяет затяжкам воспринимать сжимающие усилия. При этом существенно повышается жесткость конструкции при загружении половины пролета арки. Затяжки примыкают шарнирно к жесткому поясу, в результате предварительным напряжением затяжек может быть достигнуто снижение напряжений в арке до 25-35 %. Анализ этих конструктивных схем показал, что наиболее экономичной по расходу металла является схема с точкой схода затяжек посередине пролета (см. рис. 13.5,з). Для этой схемы оптимальное отношение стрелы подъема пояса к пролету равно 1/6 и оптимальное число панелей - восемь (при четном числе панелей) и девять (при нечетном числе панелей).
Сводчатые пространственные покрытия (рис.13.17) собираются из пространственных решетчатых блоков, грани которых в собранном виде образуют продольные и поперечные фермы. Покрытия опираются по продольным краям на бортовые обвязочные балки, а на торцах - на опорные диафрагмы в виде арки с затяжкой. Колонны продольных рядов работают совместно с покрытием в поперечном направлении. Горизонтальные силы в продольном направлении воспринимаются вертикальными связями, размещаемыми в средних пролетах продольных рядов колонн. Предварительное напряжение создается после монтажа покрытия стягиванием бортовых балок, в результате чего уменьшаются напряжения от основных нагрузок и провисание покрытия, упрощается его монтаж и исключается необходимость устройства непрерывных связей между колоннами для восприятия сдвигающих усилий и ленточных фундаментов под колонны для восприятия растягивающих усилий.
13.2.6. Висячие двухпоясные системы с натяжением стабилизирующих тросов и однопоясные системы с натяжением оттяжек. Висячие системы, выполняемые из стальных тросов, круглой арматуры или других гибких элементов, могут нормально эксплуатироваться только при применении предварительного напряжения, которое придает им необходимую жесткость. Они перекрывают помещения больших пролетов и любой конфигурации в плане и имеют разнообразные формы поверхности.
Для двухпоясных систем характерно наличие стабилизирующих вант, расположенных параллельно основным несущим вантам. Напрягающие ванты могут находиться ниже или выше несущих вант и соединяться с ними гибкими тяжами или распорками. Двухпоясные системы могут быть в виде вантовых ферм, в которых растяжки заменены наклонными раскосами. Они рациональны при больших временных нагрузках.
В однопоясных предварительно напряженных вантовых (висячих) системах стабилизирующие ванты располагают поперек направления несущих вант. Наилучшей формой поверхности для них является гиперболический параболоид, обеспечивающий одинаковые значения усилий в вантах при равномерно распределенной нагрузке на покрытие. Однопоясные вантовые покрытия с поперечной стабилизацией могут иметь различную конфигурацию в плане.
