5. 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 двух-трех 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.