ферма

Формула изобретения

Ферма, имеющая верхний и нижний пояса и решетку, выполненные в виде металлических полых труб, отличающаяся тем, что все трубы входят в состав жидкостной системы, включающей и полые линзообразные подушки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве несущих конструкций покрытий и перекрытий зданий и сооружений.

Известна ферма, содержащая верхний и нижний пояса и решетку, выполненные в виде полых элементов, например труб (см. Авторское свидетельство СССР 455189, кл. Е 04 В 1/40, 1974).

Недостатком указанного технического решения является невысокая несущая способность фермы.

Наиболее близким к заявленному изобретению техническим решением является выбранная в качестве прототипа ферма, содержащая верхний и нижний пояса и решетку, выполненные в виде полых элементов, например труб, заполненных бетоном (см. Кикин А.И. Конструкция из стальных труб, заполненных бетоном. - М., "Стройиздат", 1974).

Недостатком прототипа является трудоемкость технологического процесса заполнения бетоном полостей и увеличенная масса фермы.

Технический результат - уменьшение трудоемкости технологических процессов и расхода металла.

Указанный технический результат достигается тем, что используется свойство несжимаемости жидкости, повышается жесткость сжатых элементов решетки и верхнего пояса фермы. Жесткость (гибкость) сжатого элемента зависит от отношения расчетного пролета к радиусу инерции сечения = L/i. Радиус инерции сплошного тела (труба заполняется жидкостью) значительно больше радиуса кольцевого сечения трубы без жидкости. Вследствие этого несущая способность сжатого элемента будет выше, так как учитываемый в расчетах коэффициент продольного изгиба также будет больше. Кроме того, при загружении элемента в полости трубы возникает давление жидкости, вызывающее работу металла трубы в кольцевом направлении, т.е. возникает двухосное напряженное состояние. При этом сечение стенки трубы может быть уменьшено.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг. 1 - ферма; на фиг.2 - сжатый элемент, заполненный жидкостью, и напряженное состояние поперечного сечения.

Предлагаемая ферма из металлических труб, содержащая верхний пояс 1, нижний пояс 2 и решетку 3, изготовлена по традиционной технологии. Все элементы фермы заполнены жидкостью и сообщаются между собой и полыми линзообразными опорными подушками 4 (фиг.1),

При загружении фермы в верхнем поясе 1, нижнем поясе 2 и решетке 3 возникают сжимающие или растягивающие усилия, а в опорных подушках - реакции R_A и R_B (фиг.1). Вследствие этого образуется жидкостная система, в которой опорные подушки выполняют роль камер с поршнями гидропресса. При приложении силы R_A в этой подушке будет возникать давление p = R_A/₁, а во второй подушке будет возникать давление p = R_B/₂, т.е. пропорционально площадям оснований подушки (см. Пашков Н.Н., Долгачев Ф.М. Гидравлика. Основы гидрологии. - М. "Энергия" -1977. с 25).

Использование принципа работы гидропресса и свойства несжимаемости жидкости позволяет рационально перераспределять давление на опоры и вместе с тем создавать в жидкостной системе давление. В сжатых элементах фермы (фиг. 2) часть сжимающего усилия N компенсируется внутренним давлением жидкости N=рА, где А - площадь поперечного сечения полости трубы. При этом возникает меридиональное напряжение _m =pr/(2t) и кольцевое напряжение _r =pr/t.

В растянутых элементах меридиональное напряжение увеличивает растягивающее усилие, но работа трубы в кольцевом направлении компенсирует это.

Подбор оптимальных сечений стенок и диаметров труб сжатых и растянутых элементов фермы обеспечивает минимальный расход металла.