WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

МЕЛЁХИН ЕВГЕНИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ


РАБОТА УЗЛОВ БЕСФАСОНОЧНОГО СКЛАДЧАТОГО
ПОКРЫТИЯ С ПОЯСАМИ ПЯТИГРАННОГО СОСТАВНОГО
ПРОФИЛЯ


Специальность 05.23.01. - Строительные конструкции,
здания и сооружения


АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук


Томск 2003

Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном университете

Научные руководители: кандидат технических наук, доцент

К.А. Ерохин

доктор технических наук, доцент

Копаница Д.Г.


Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

академик МАН ВШ

Картопольцев В.М.

кандидат технических наук, доцент
Подшивалов И.И.

Ведущая организация: ВОГТЕХПРОЕКТ г. Томск


Защита состоится 26 декабря 2003 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д. 212.265.01 в Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 634003 г. Томск, пл. Соляная,2, ауд. 307/5


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета


Автореферат разослан 25 ноября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета д.т.н., профессор Скрипникова Н.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Применение пятигранного профиля составного сечения в качестве неразрезных поясов складчатых конструкций представляется новым и весьма эффективным средством формообразования пространственно-стержневых систем покрытий. Сдерживающим фактором использования пространственно-стержневых систем с неразрезными поясами является практическая неизученность вопросов проектирования бесфасоночных узлов сопряжения. Широкое применение складчатых систем должно быть обеспечено возможностью их проектирования на основе доступных методов расчета. Разработка инженерных методов расчета сопровождается значительным объемом экспериментальных и теоретических исследований, предполагающих детальное изучение напряженно-деформированного состояния узлов. При этом необходимо обеспечить выполнение конструктивных требований, учитывающих расцентровку узла и податливость граней формообразующего профиля складчатой системы.

Создание надежного и эффективного метода расчета прочности узловых сопряжений пространственных складчатых конструкций актуально и востребовано практикой проектирования строительных конструкций.

Работа выполнена в рамках тематического плана научно-исследовательских работ Томского государственного архитектурно-строительного университета при поддержке гранта 98-21-1.7-21 в области архитектуры и строительных наук.

Целью диссертационной работы является исследование напряженнодеформированного состояния и разработка метода расчета бесфасоночных узлов складчатых конструкций с пятигранным сечением пояса.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи исследований:
- разработать и обосновать конструкцию узлов складчатого покрытия в зависимости от пролета и действующей нагрузки;
- обосновать расчетную модель узлов сопряжения с учетом особенностей работы пятигранного сечения пояса и примыкаюших раскосов;

- выполнить численные расчеты для определения напряженно-деформированного состояния и особенностей деформирования конструкции бесфасоночных узлов складчатого покрытия;
- провести экспериментальные исследования узлов сопряжения складчатой конструкции и установить особенности влияния геометрических характеристик узловых сопряжений на напряженно-деформированное состояние исследуемых узлов;
- провести сопоставление результатов расчета и эксперимента и дать рекомендации по конструированию узлов сопряжения складчатой конструкции с пятигранным сечением верхнего пояса.

Научная новизна работы:
1. Получена совокупность математических соотношений, адекватно характеризующих напряженно-деформированное состояние узлов сопряжения бесфасоночной складчатой конструкции с формообразующим стержнем пятигранного профиля.
2. Установлено, что в складчатой системе примыкание раскосов в узле можно рассматривать как шарнирное, так как при сравнении сочетаний основных силовых факторов в узле с жестким примыканием раскосов возникает погрешность до 1,5 % в сторону увеличения значений.
З. Установлено, что расцентровка узлов приводит к снижению величины расчетного момента в неразрезном поясе складчатой конструкции при увеличении просвета между раскосами и, наоборот, при уменьшении разбежки раскосов происходит его увеличение.

Практическая значимость работы и реализация ее результатов

Выполнена классификация бесфасоночных узловых сопряжений по характеру примыкания элементов раскосной решетки к неразрезному поясу складчатой конструкции. Разработан метод расчета бесфасоночных узлов сопряжения. Даны рекомендации по проектированию складчатых конструкций с использованием формообразующего стержня пятигранного профиля.
Результаты работы внедрены в проектно-конструкторской фирме ВОГТЕХПРОЕКТ г. Томска и используются при разработке новых и модернизации существующих пространственных конструкций покрытия. Материалы диссертационной

работы используются в учебном процессе кафедры металлических и деревянных конструкций ТГАСУ и на факультете повышения квалификации при переподготовке инженеров-строителей.

Достоверность полученных результатов обеспечена корректным использованием основных положений теории составных стержней и пластин и современных методов проведения эксперимента с применением метрологически аттестованных измерительного оборудования.

Автор защищает
- совокупность научных положений и закономерностей, являющихся основой
для расчета бесфасоночных узловых сопряжений складчатой конструкций с
использованием формообразующего стержня пятигранного профиля;
- расчетную модель конструкции бесфасоночного узлового сопряжения;
- результаты экспериментальных исследований, отражающие особенности
деформирования узловых сопряжений с поясом пятигранного сечения и геометрические изменения пространственной системы.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены
на VII Украинской научно-технической конференции «Металлические конструкции» (г. Днепропетровск, Украина, 2000 г.), на 58-ой научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава с участием представителей строительных, проектных и научно-исследовательских организаций (г. Новосибирск, НГАСУ, 2001 г.); на 2-ой Международной конференции «Архитектура и строительство» (г. Томск, ТГАСУ, 2002 г.); на Международной научно-технической конференции «Современные проблемы совершенствования и развития металлических, деревянных. пластмассовых конструкций в строительстве и на транспорте» (СамГАСА, РАТ, Самара, 2002), на научных семинарах кафедры металлических и деревянных конструкций Томского государственного архитектурно-строительного университета (2000, 2001, 2002, 2003 гг.). В полном объеме диссертационная работа докладывалась на объединенном научном семинаре кафедр «Металлические и деревянные конструкции», «Мосты и сооружения на дорогах», «Железобетонные и каменные конструкции>,, «Строительная механика», «Основания, фундаменты и испытания сооружений»

Томского государственного архитектурно-строительного университета (г. Томск, 2003г.)

Публикации

Результаты теоретических исследований и экспериментальных данных отражены в шести научных публикациях и описаниях двух патентов, одной заявки на изобретение и одной заявки на полезную модель, по которой получено положи тельное решение.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка
литературы из 123 наименований. Общий объем работы 151 страница, в том числе
135 страницы основного текста, включающего 88 рисунков и 3 таблицы.

Работа выполнена на кафедре металлических и деревянных конструкций
Томского государственного архитектурно-строительного университета.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы и приводится общая
характеристика работы.
рассмотрены существующие конструкции узловых сопряжений пространственно-стержневых систем покрытий, их достоинства и недостатки. Представлена классификация пространственно-стержневых конструкций по типу отправочных элементов и по видам узловых сопряжений.

В обзоре рассмотрены экспериментально-теоретические исследования работы узлов сопряжения поясов с раскосами. Этой проблеме посвящены работы:
Абаринова А.А., Балдина В.А., Бирюлева В.В., Брудки Я., Гарфа Э.Ф., Гуковой М.И., Демидова Н.Н., Ильясевича С.А., Иммермана А.Г., Казарновского В.С,, Кекса Г.И., Ковтуненко В.А., Козьмина Н.Б Кузнецова А.Ф.. Кузьменко С.М., Левенсона Я.С., Левитанского И.В., Лукьяненко Е.П., Мелкумяна Б.С., Мурашко Н.Н., Муханова К.К., Мухортова М.Н., Новикова В.И., Попова В.С., Решетникова Б.П., Ривкина А.М., Севрюгина В.В., Соболева Ю.В., Спснглера И.Е., Сургучсва В.Д., Тесленко Г.В., Хлебородова В.П., Цетлина Б.С., Чернова И.Н., Шсйнфельда И.М.

Рассмотрены методы расчета бесфасоночных узлов из круглых и прямоугольных труб. Методы расчета узлов из круглых труб разработаны в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. В основу этих методов положены принципы построения поверхностей взаимодействия предельных областей несущей способности в n-мерном пространстве, где n - число элементов, сходящихся в узле и нагруженных продольными силами. Уравнения, описывающие поверхность взаимодействия, характеризуют соотношения между совокупно действующими усилиями в элементах узла в его предельном состоянии. Основным критерием прочности узла служит полное усилие в каждом из элементов, образующих узел, соответствующее предельному состоянию стенки трубы. При этом учитывается влияние всех смежных примыканий и продольных сил в поясе на его несущую способность в зоне узла.

Методика расчета узлов из прямоугольных труб, отличается тем, что она
основана на приложении теории расчета пластин по предельному равновесию (в
кинематическом варианте).

Вторая глава посвящена рассмотрению особенностей конструктивных решений узлов складчатых конструкций с поясами пятигранного профиля и их параметрическому описанию. Рассматриваются основы компоновки пятигранного сечения, составленного из швеллера и уголка, и его ориентации в пространстве для формообразования складчатых систем. Порядок выбора профилей швеллера и уголка для образования пятигранного сечения описывается основным компоновочным условием, которое определяется размерами швеллера и уголка с двумя ограничениями. Согласно первому ограничению обеспечивается отсутствие возможности провала уголка в полость швеллера. Второе ограничение обеспечивает отсутствие возможности обхвата швеллера перьями уголка.

На рис. 1 показаны общие геометрические размеры пятигранного сечения. где: hпс - высота пятигранного сечения; hшв - высота швеллера; bшв - ширина полки швеллера: bуг - ширина полки уголка; Ус - расстояние от центра тяжести составного сечения до грани швеллера пятигранного профиля.

Систематизация выявленных особенностей конструирования узловых сопряжений позволила провести классификацию конструкций узлов, основанную на характере примыкания раскосов. Эта классификация показана на рис. 3.

Перьевая группа представляет сопряжения, в которых возможно создание центрированных узлов, в то время как обушковая группа представлена решениями, в которых практически невозможно создать центрированный узел из-за существования эксцентриситетов в плоскости сечения пятигранного пояса.

Использование решений с различными видами примыкания раскосов позволяет несколько облегчить центрирование узлов из плоскости сечения пояса. Выбор примыкания обусловлен размером пятигранного сечения, профилями уголковых раскосов и конструктивными требованиями по размещению.

Статический анализ конструкций складчатых покрытий пролетом от 12 до 24 м включительно с градацией пролета через 3м позволил выявить взаимосвязь для определения действующего значения максимального продольного усилия в верхнем поясе для четного (1) и нечетного пролетов (2):

г де: М - балочный момент для участка складчатой системы, включающего один неразрезной пояс;
h0 - высота конструкции, расстояние между верхними и нижними
поясами (1,5 м);
Li - пролет складчатой конструкции, м.

При этом установлено, что расчет бесфасоночной складчатой системы может проводиться по шарнирной схеме узлов сопряжения пояса и раскосов, так как при сравнении сочетаний основных силовых факторов с жесткой схемой дает погрешность 1% в сторону увеличения значений.

Соотношение максимального и минимального значений продольного усилия в панелях верхнего пояса в зависимости от пролета представлены на рис. 4.

Формирование пространственно-стержневой конструкции производится за счет постановки раскосной решетки из одиночных уголков. Поэтому основные компоновочные преобразования связаны с геометрическими особенностями раскосов из одиночных прокатных уголков. Сложности в образовании узлов пространственно-стержневых систем с неразрезными поясами обусловлены пространственным положением раскосов и особенностями при осуществлении их примыкания.

Для образования узлового сопряжения раскос уголкового профиля с одной стороны подвергается одному косому резу щеки, а с другой стороны -. такому же косому резу щеки с одним прямым резом полки, которая затем и определяется как носок или пятка в зависимости от вида сопряжения.

Конструкции узлов имеют ряд характеризующих признаков определяющих их особенности. При компоновке пятигранного составного сечения к одному швеллеру могут примыкать уголки с различной толщиной полок, что не противоречит

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»