Пролетные строения с фермами

Для перекрытия пролетов еще больших, чем допускают пакеты, издавна (на протяжении около 100 лет) применяли различного вида деревянные фермы.

В 1943—1945 гг. их изготовление было возобновлено при восстановлении некоторых разрушенных мостов. Однако эти пролетные строения после непродолжительной эксплуатации под современными тяжелыми поездами были заменены в связи со сколами и другими расстройствами, главным образом из-за применения сырого (невыдержанного) леса.

Деревянные фермы явились прототипом аналогичных металлических ферм, многие из которых эксплуатируются поныне. Поэтому знакомство с конструкцией наиболее простых деревянных ферм полезно не только для представления о развитии мостостроения, но и для понимания работы более сложных металлических ферм.

Ферма, как и пакет на шпонках, является составной. В ней два мощных бруса—верхний пояс и нижний пояс. Они соединены наклонными брусьями (раскосами) и вертикальными тяжами (рис. 54, а) или дощатой стенкой (рис. 54, б). Здесь раскосы с тяжами или стенка выполняют ту же роль, что и шпонки с болтами в пакете. Раскосы и шпонки препятствуют продольному смещению (и сближению) поясов относительно друг друга, а тяжи и болты стягивают пояса.

Нагляднее это сходство видно из сравнения с пакетом, имеющим косые шпонки (рис. 55, а). Достаточно в этом пакете удлинить шпонки и тяжи, чтобы получить ферму (рис. 55, б), близкую к ферме Гау—Журавского, названной так по имени ее изобретателей. В ней (см. рис. 54, а) своеобразно наличие не одного, а двух раскосов в каждом интервале между тяжами, т. е. в каждой панели; над опорами дополнительно к тяжам поставлены стойки.

Опорная стойка воспринимает давление колесных пар подвижного состава при расположении их в крайней панели. Стоящий здесь гибкий тяж не способен противостоять сжатию.

Остается выяснить, почему в панелях фермы поставлено по два раскоса. Напомним, что в балке, опертой по концам, верхние волокна сжаты, а нижние — растянуты. Также и в фермах: верхний пояс сжат, а нижний растянут. Известные по рис. 55, б раскосы, восходящие к середине пролета вверх, подобно косым шпонкам сжаты, препятствуя деформациям, показанным на рис. 52 и 55, а пунктирными стрелками.

Однако все раскосы сжаты только под действием постоянной нагрузки, расположенной симметрично относительно середины пролета (рис. 55, г). Односторонне приложенная нагрузка вызывает и несимметричный прогиб. При этом прямоугольники в каждой панели ферм (рис. 55, в) перекашиваются после изгиба (рис. 55, д) в разные стороны относительно одинаково направленных восходящих раскосов; в результате некоторые из раскосов освобождаются от сжатия (поскольку все они лишь уперты в подушки поясов). В таком положении здесь оказался раскос второй справа. Диагональ по направлению этого раскоса удлинилась, и раскос отстал от подушки.

Но отставанию восходящего (или прямого) раскоса при натянутых тяжах можно воспрепятствовать, если в той же панели вдоль второй, укорачивающейся диагонали поставить нисходящий раскос, обратный по направлению восходящему. Обратный раскос и воспримет на себя все сжатие при указанном выключении из работы прямого раскоса в момент одностороннего загружения фермы, например, поездом, когда он наезжает на пролетное строение, либо съезжает с него.

Прямые раскосы выключаются лишь в средних панелях, где они в меньшей мере сжаты постоянной нагрузкой.,В остальных панелях прямые раскосы всегда сжаты, поэтому обратных раскосов для воспринятия сжатия не требуется. Однако здесь они используются для укрепления от продольного изгиба сильно сжатых прямых раскосов. С этой целью прямые и обратные раскосы в пересечении стянуты болтами.

Рис 55. Пакет с косыми шпонками и ферма с раскосами

Все раскосы предназначены, таким образом, для работы только на сжатие и уперты в пояса ферм посредством подушек (см. рис. 54, а). Тяжи, наоборот, всегда растянуты. Они пропущены через пояса ферм и стягивают оба пояса гайками с контргайками.

Самое слабое место в таких фермах — стык растянутого пояса. При пролетах до 23 м и более неизбежно сращивание по длине пояса нескольких элементов в один. Осложнение в том, что стык должен передавать от одного элемента другому возникающее в поясе растяжение. Для этого каждый брус пояса соединен с примыкающим к нему по длине брусом парными стальными накладками с поперечными шпонками, врезанными в древесину брусьев. Обе накладки стянуты болтами. Сколы древесины между шпонками при нетщательном изготовлении таких стыков, требующем высокой точности, нередко выводили эти фермы из строя. Сколу под нагрузкой способствует появление в древесине трещин от усушки, наибольшей в случае применения сырого леса. Наблюдались также сколы концов поясов опорными подушками под прямыми раскосами.

Дощатые фермы (см. рис. 54, б, в) надежнее по конструкции стыков. Их пояса составлены из нескольких досок, сплоченных по толщине, а стыки размещены вразбежку, так что перекрываются остальными досками. Пояса дощатых ферм соединены в балку сплошной или решетчатой стенкой из двухтрех рядов перекрещивающихся досок. Доски стенки в пересечениях соединены гвоздями, а в пересечении с поясами — дубовыми нагелями и болтами. От выпучивания стенка укреплена вертикальными брусьями— ребрами жесткости.

Из-за плохого проветривания в соединениях досок дощатые фермы быстро загнивают и поэтому также недолговечны.

В 1943—1945 гг. на отдельных мостах нашли применение дерево-металлические фермы, у которых деревянные брусчатые пояса заменены стальными из швеллеров или двутавров. Были запроектированы и некоторые другие конструкции деревянных ферм с сопряжением элементов стальными нагелями и накладками. Однако и эти конструкции не получили распространения. При значительном расходе материалов и массе, превышающей в 2,5 раза массу стальных ферм, они недолговечны и мало надежны.