Мостовете са сред най-взискателните приложения на конструкционната стомана. Участъците трябва да издържат тежки и повтарящи се натоварвания от трафик, да издържат на вятър и сеизмични въздействия и да остават експлоатационни в продължение на десетилетия. Конструкциите от стоманени ферми отговарят на тези изисквания с отворена рамка от триъгълни единици, които пренасят натоварванията главно чрез аксиални сили, осигурявайки високо съотношение на якост-към-тегло и дълги светли разстояния без междинни опори.
Какво е стоманена фермена конструкция?
Стоманената ферма е рамка от прави стоманени елементи, свързани в ставите, за да образуват твърди триъгълници. Тъй като триъгълникът не може да промени формата си, без да промени дължината на страните си, фермата е присъщо стабилна и натоварванията върху елементите са предимно аксиални: напрежение в някои елементи и компресия в други. Тази геометрия позволява много ефективно използване на материала в сравнение с елементите, които носят товари при огъване.
Основни компоненти
Горен акорд:горният надлъжен елемент, основно натоварен на компресия и поддържащ натоварванията на палубата или покрива отгоре.
Долен акорд:долният надлъжен елемент, основно натоварен на опън.
Уеб членове:диагоналите и вертикалите, които свързват двете корди и разделят фермата на триъгълни панели.
Връзки:клинови плочи с-високоякостни болтове или заварки, които пренасят силите между елементите в ставите.
Често срещани видове стоманени ферми за мостове
| Тип ферма | Оформление на уеб член | Типична употреба |
|---|---|---|
| Pratt ферма | Диагоналите са наклонени надолу към центъра; вертикали при натиск, диагонали при опън | Железопътни и магистрални мостове,-покривни конструкции с дълги разстояния |
| Уорън ферма | Серия от равностранни триъгълници без вертикали (или с добавени вертикали за дълги панели) | Мостове с дълги{0}}разстояния, хангари за самолети, конструкции с-прозрачни разстояния |
| Хоу ферма | Диагоналите са наклонени нагоре към центъра; диагонали при компресия | Тежко{0}}мостове и покривни конструкции, където има големи членове |
| Финкова ферма | W-образно подразделение на уеб панелите | Жилищни и търговски покриви, конструкции с-къси разстояния |
Изборът на геометрията на фермата се определя от дължината на обхвата, големината на натоварването, икономичността на производството и метода на монтаж на обекта и трябва да бъде потвърден от структурен анализ съгласно управляващия код за проектиране.
Защо стоманените ферми са подходящи за мостово инженерство
Ефективно прехвърляне на аксиално натоварване
Елементите на фермата работят на опън или компресия, което използва пълната здравина на стоманената секция. Това е фундаментално по-{1}}ефективно от-огъващите греди с еквивалентен обхват и намалява собственото тегло на надстройката.
Дълги чисти участъци
Тъй като системата с триъгълна мрежа разпределя силите към кордите, фермите могат да обхващат големи разстояния с относително плитки дълбочини на елементите, намалявайки броя на междинните колони и размера на основите.
Ниско собствено тегло и сеизмична реакция
По-леките надстройки генерират по-малки инерционни сили при сеизмично възбуждане. За мостове в активни зони това може значително да намали проектните действия, предавани на колони и опори.
Предварителна изработка и бърз монтаж
Елементите на фермите и под{0}}възлите могат да бъдат произведени в цеха с пробити или заварени връзки и издигнати на място с болтове с висока -якост, което съкращава времето за изграждане и намалява работата на височина в сравнение с екстензивното полево заваряване.
Приложения на стоманени ферми в мостовото инженерство
Железопътни и магистрални мостове:фермите носят тежки циклични натоварвания от трафик и се използват широко за средни- и дълги-прелези.
Пешеходни мостове и градски прелези:отворените -мрежови ферми осигуряват тънки, леки конструкции с архитектурен външен вид.
Временни и военни мостове:модулни, изцяло закрепени с болтове фермови системи, като например мостове тип Бейли-се използват за обходни маршрути, аварийни пресичания и военна логистика.
Арки и окачващи конструкции:фермите се използват като укрепващи греди във висящи мостове и като първични ребра на свързани -сводести мостове.
Виадукти и повдигнати пътища:участъците на фермите се избират там, където са необходими дълги светли отвори над пътища, реки или железопътни линии.
Стоманена ферма срещу боксова греда: Как да изберем
| Фактор на подбор | Стоманен фермен мост | Гредов мост от стоманена кутия |
|---|---|---|
| Механизъм за прехвърляне на товара | Аксиални сили през триъгълни ребрени елементи | Огъване и срязване през затворена куха секция |
| Съотношение-към-тегло | Висока; ефективни за много дълги разстояния | добър; по-тежки за единица капацитет на огъване |
| Устойчивост на усукване | умерено; изисква укрепване за усукване | Отлично, поради затвореното напречно-сечение |
| Пригодност на обхвата | Дълги до много дълги разстояния | Средни до дълги участъци, включително извити трасета |
| Логистика | Отворените елементи могат да се доставят като съборени-компоненти и да се завинтват на място | Затворените клетки често са извънгабаритни и може да изискват специален транспорт или доставка на насипни товари |
| Работа на обекта | Бърз{0}}сглобен монтаж с болтове | Повече заваряване на място и манипулиране на затваряния и снаждане |
| Естетика | Индустриален, геометричен вид | Елегантен, минималистичен външен вид |
На практика решението се взема от проектанта: фермите се избират за дълги разстояния, леки основи и модулно изграждане; кутийните греди са предпочитани за извити подравнявания, високи изисквания за усукване и тънки визуални профили.
Производство и контрол на качеството на мостови ферми
Мостовата стоманена конструкция е обект на по-строги правила, отколкото строителната стоманена конструкция поради умора. Заваряването трябва да се извършва и проверява в съответствие с AWS D1.5 (мостово заваряване) или приложимата национална спецификация, а цялостният дизайн следва кодове като AASHTO LRFD, EN 1993 (Еврокод 3) или GB 50017. Препоръчителните практики включват:
Пълна проследимост на материала чрез сертификати за изпитване на мелница, издадени в съответствие с EN 10204.
100% фабрично предварително-сглобяване с-група отвори и геометрични толеранси, проверени преди изпращане.
Без{0}}тестване с разрушаване (UT, MT) на критични заварки, със записи за квалификация на заваръчната процедура.
Тежко{0}}защита от корозия, определена в ISO 12944 за категорията на експозиция, включително струйно почистване до Sa 2,5 и съвместими системи за покритие.
Контролирана пред{0}}извивка: кривите на рязане на елементите и геометрията на сглобката са зададени така, че деформацията на мъртвото{1}}натоварване да се компенсира в издигнатата конструкция.
Често задавани въпроси
Кой тип ферми е най-подходящ за железопътен мост?Фермите Pratt и Howe се използват често за железопътни мостове, тъй като техните уеб оформления отговарят на концентрираните, циклични натоварвания на железопътния трафик. Окончателният избор зависи от обхвата, ограниченията на дълбочината и икономичността на производството и трябва да бъде проверен чрез анализ на управляващия код.
Какви марки стомана са типични за мостови ферми?Общите класове включват серия S355 по EN 10025-2, ASTM A572 степен 50 и Q355B до GB/T 1591. За критични за умора елементи, якостта на прореза, дебелината и категорията на детайлите трябва да бъдат проверени спрямо проектната спецификация.
Могат ли елементите на фермата да се изпращат в контейнери?да Членовете на Open-web са много подходящи за-разтоварване (CKD) на пратки в 20-футови или 40-футови контейнери, със закрепване на полето към клиновидни плочи. По-дългите елементи могат да се доставят с плосък стелаж или насипно състояние според геометрията.
Как се контролира качеството на заварките на мостови ферми?Заваряването се извършва при квалифицирани процедури, обикновено според AWS D1.5 или приложимия код, с ултразвуково и магнитно-прахово изпитване на критични заварки и пълна документация за квалификациите на заварчици и записи от инспекции.
Как се управлява пред{0}}наклонът на ферма с голям-размах?Структурата се анализира в софтуер за 3D моделиране и кривите на рязане и геометрията на сглобяването се коригират така, че извивката на изработката да компенсира предвиденото отклонение при мъртво-натоварване. Предварителното -сглобяване в магазина проверява постигнатата извивка преди изпращане.
Мостовете от стоманени ферми подходящи ли са за сеизмични региони?да Тяхното ниско собствено тегло намалява сеизмичните инерционни сили и пластичните болтови връзки могат да бъдат детайлизирани за контролирано разсейване на енергия, при условие че конструкцията е проектирана според приложимия сеизмичен код.