WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

основному компоновочному условию, однако отражается на изменении геометрических характеристик составного сечения. Для разных пятигранных профилей значение площади сечения может увеличиваться на 45%, момента инерции - на 34%, момента сопротивления - на 51%. Происходит увеличение соотношений ядровых расстояний в сторону сечения поясного уголка до 40%. Полки поясного уголка помимо воздействий, обусловленных восприятием усилий пояса, должны также препятствовать воздействиям, передающихся штампами примыкающих встык раскосов. То есть работа полки по восприятию действующих на нее силовых факторов производится как в плоскости грани, так и из ее плоскости. Определяющими параметрами, характеризующими работу грани полки, служат площадь сечения (Anyr = bnyr tnyr). отношение ширины полки к ее толщине ( bnyr / tnyr ),характеризующей тонкостенность грани. Отношение полки раскосного уголка, расположенной в плоскости пятигранного сечения, к ширине полки поясного уголка ( bpyr / bnyr ), которое также как отношение конструктивного зазора к размеру полки поясного уголка ( sk / bnyr ). обладает значительным влиянием на работу полки под действием нагрузки, приложенной в виде штампа. Также необходимо учитывать соотношение толщины полки раскосного уголка к толщине полки поясного уголка ( tpyr / tnyr ). Основные геометрические характеристика конструкций узлового сопряжения для рядового узла показаны на рис. 5., для опорного узла - на рис. 6.

Третья глава посвящена выбору и обоснованию расчетной модели конструкции узлового сопряжения и методам его исследования.

Стержневая конструкция складчатого покрытия представлена глобальной расчетной системой относительно локальной расчетной схемы конструкции узла Расчетная схема складчатого покрытия показана на рис. 7. и представляет собой пространственную стержневую систему.

Сходящиеся усилия в рассматриваемом узле глобальной системы рассматриваются как активные внешние силы, действующие на локальную систему
конструкции узлового сопряжения.

На рис. 8 показаны расчетные схемы пластинчатой модели центрального,
промежуточного и опорного узлов сопряжения. Конструкцию бесфасоночных

узлов составляют прокатные профили с выраженными плоскими гранями. Плоскости граней перьев уголков, полок, стенки швеллера с некоторыми допущениями представляются в виде пластин. что позволяет описать конструкцию бесфасоночного узла пространственной системой сочлененных пластинок.

Метод конечного элемента позволяет описать расчетную модель данного узла в виде системы сопрягающихся пластин, где в свою очередь, каждая пластина, разбивается на сетку элементарных пластинчатых конечных элементов.

Основные условия, определяющие формирование пластинчатой модели конструкции узлового сопряжения приняты согласно теории составных стержней и пластинок А.Р. Ржаницына.

Действующая нагрузка представлялась как в виде узловых сосредоточенных сил, которые прикладываются в узлы сетки конечных элементов, так и в виде равномерно распределенной нагрузки, приложенной по граням элементарных

пластинчатых элементов. Нагрузки расчетной схемы пластинчатой модели назначались по результатам статического расчета складчатых систем.

По результатам выборки узловых сопряжений проведены численные расчеты пространственной пластинчатой модели бесфасоночного узла с использованием программного комплекса SСАD 7.29.

Расчет проводился для модели конструкций узлов сопряжения, в которых продольные оси элементов узла сходятся в одной точке. Такая расчетная схема принята из следующих соображений. Для определения усилий в стержнях складчатой системы были проведены статические расчеты, предпосылки которых предполагали строгое центрирование стержней в узлах системы с шарнирным примыканием раскосов к неразрезному поясу и с их жестким сопряжением.

Результаты расчетов показали, что напряженно-деформированное состояние каждого узла имеет свои особенности. Так в центральном узле самым нагруженным элементом является пояс. При этом все входящие раскосы испытывают сжатие. К особенностям работы промежуточного узла, смежного с опорным, относятся: напряжения разного знака во входящих раскосах; возникшие соотношения напряжений в сечениях пояса слева и справа от узла, которые увеличиваются к средние пролета. В опорном узле возникают наибольшие растягивающие усилия раскосной решетки. На практике зачастую конструктивные требования и технологические особенности изготовления пространственной складчатой конструкции не лают возможности создания системы со строго центрированными узлами. Численные расчеты моделей узловых сопряжений показали. что расцентровка из плоскости пояса, а именно смещение раскосов от узла снижает уровень напряжений по сравнению с центрированным узлом. Увеличение просветов между смежными раскосами в центральном узле приводит к снижению значений напряжений. Уменьшение просвета между носками смежных раскосов с 40 мм до 20 мм приводит к увеличению осевых напряжений, ориентированных по контуру сечения до 1,65 раз. Это объясняется сближением областей напряжений, возникающих вокруг штампов раскосов.

Схема деформирования узла, полученная расчетным путем, представлена в виде изополей и изолиний перемещений на рис. 9.

Характер развития деформаций свидетельствует о том, что раскосы, при передаче усилия, способны деформировать полку поясного уголка и стенку швеллера. Значение перемещений для расцентрованного узла увеличилось на 10% по сравнению с центрированным узлом.

Соответствующие эпюры напряжений в опорных раскосах, примыкающих к пятигранному поясу, показаны на рис. 10. Усилия, возникающие в опорных раскосах, являются наибольшими в раскосной решетке, а формы эпюр напряжений обусловлены действием продольных сил и изгибающих моментов в плоскости и из плоскости сечения и геометрией уголкового раскоса.

Аппроксимируя эпюры напряжений, можно представить характер распределения напряжений в раскосах в виде прямоугольной эпюры. В практическом расчете это можно достичь путем введения коэффициента аппроксимации k1. Неравномерность распределения усилий между полками уголка можно учесть введением коэффициента перераспределения k2.

Расчеты показали, что деформации полки поясного уголка пятигранного сечения из плоскости к толщине пластины не превысили 0,075 (при допускаемом значении 0,2-0,5). Деформированные схемы сечений рассчитанных узлов показаны на рис.11. Из представленных схем видно, что наибольшая деформация возникает вблизи обушка уголкового раскоса независимо от направления действующего усилия. Соответствующие перемещения раскосов по продольной оси не вносят изменений в геометрию расчетной схемы складчатой системы. Полка носка перемещается практически равномерно, тогда как у полки щеки в перьевой части значения этих перемещений снижены. Из этого следует, что податливость узлов в практических расчетах можно не учитывать.

Методика расчета бесфасоночных узловых сопряжений складчатых конструкций сводится к определению прочности сопрягаемых элементов.

Максимальное растягивающее усилие возникает в опорном раскосе. Сварные швы должны препятствовать отрыву раскоса и срезу его вдоль пояса.

При этом считается, что усилия срезающей силы воспринимаются ортогонально ориентированными швами согласно их жесткости. Так как отношение размеров сварного шва носка (пятки) и сварного шва щеки пропорционально их толщинам по линии действия срезающей силы, то сопротивление сварного шва носка действию срезающей силы, за малостью значения, можно не учитывать.

Поэтому проверка действующих напряжений в сварных швах производится на действующее усилие среза:

где Nc,- сдвиговое усилие;
lw - расчетная длина сварного шва, равная полной длине шва, прикрепляющего полку щеки раскоса;
k - катет шва;
k1 - коэффициент аппроксимации;
k2 - коэффициент перераспределения;
Rw - значение расчетного сопротивления сварного шва;

c - коэффициент условия работы.

Расчет сварных швов на отрыв производится на усилие, возникающее в раскосе.

где N0 - продольное усилие;

lw - расчетная длина сварного шва, равная полной длине шва, прикрепляющего раскос;
k - катет шва;
k1 - коэффициент аппроксимации;
k2 - коэффициент перераспределения;
Rw - значение расчетного сопротивления сварного шва;
c - коэффициент условия работы.

При существующем соотношении между размерами поперечного сечения прокатных профилей проверка грани пояса на вырывание может не производиться и считаться обеспеченной при tруг / tпуг >0,6 и bруг / bпуг. >0,45.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям узловых сопряжений складчатой конструкции.

Для проведения экспериментальных исследований был изготовлен испытательный стенд, позволяющий создавать вертикальную статическую нагрузку.

Эксперименты проведены в два этапа. На первом этапе исследовалась работа центрального узла и промежуточного узла верхнего пояса. Испытания каждого узла проведены по пять раз. В процессе каждого испытания проводилось согласование полученных результатов с результатами численного расчета. На втором этапе исследовалась работа опорного и промежуточного узлов. Эксперименты проведены в упругой стадии работы материала. Нагрузка прикладывалась к верхнему поясу ступенчато. На каждой ступени нагрузка выдерживалась 15 - 20 минут. Величина ступени нагружения принималась равной 10% от расчетной нагрузки. Разгрузка конструкции проводилась обратным порядком. Конструкция опытного модуля представляла собой фрагмент складчатого покрытия в виде системообразующей складки с одним верхним и двумя нижними поясами.

Все элементы конструкции опытного модуля перед сборкой подвергались отбору и контролю по наличию дефектов, прямолинейности, наличию поверхностной ржавчины и видимых повреждений. При обработке уголковых раскосов концевые части фрезеровались. Ориентация раскосов на грани поясов производилась по разметке, которая определялась из конструирования строго центрированных элементов в узлах сопряжений. Перед сборкой все размеры раскосов проверялись и выбраковывались в случае несоответствия допуску по длине ±0,5мм. Сборка конструкции осуществлялась в кондукторе. Сварка производилась ручным способом с физическим контролем катетов сварных швов. Обварка раскосов производилась по контуру штампа.

Торцы поясной трубы модуля закрывались фланцевыми пластинами, которые предназначены для передачи опорных реакций на опоры.

Опытный модуль устанавливался на опоры, которые закреплялись на силовом полу и фиксировались анкерными болтами. Шарнирное опирание осуществлялось по концам верхнего пояса. Вертикальная статическая нагрузка создавалась винтовыми домкратами через распределительно--опорные устройства реверсивного типа (рис.12).

Для упрощения схемы приложения нагрузки на каждую панель верхнего пояса (1) прикладывалось четыре силы, имитирующих равномерно распределенную нагрузку [109]. Эти силы передавались от распределительной траверсы (3) через стальные прокладки (2), выполненные из квадрата сечением 10х 10 мм.

Регистрация перемещений в узлах и панелях конструкции проведена посредством прогибомеров ПАО-6 и ПМ-З. Для регистрации относительных деформаций использовались тензометрические преобразователи двух типов: 2ПКБ 10:200Б и 5П1-5-200. В качестве регистрирующей аппаратуры использовалась измерительная система К 732/1 с компьютерным управлением.

Результаты экспериментов показали, что наиболее нагруженным узлом опытной конструкции является промежуточный узел. Эпюры напряжений в сечениях промежуточного узла представлены на рис. 13.

Экспериментально получено, что наиболее нагруженными элементами в конструкции промежуточного узла являются полки поясного уголка. Также следует отметить, что изменения знака действующих в сечениях напряжений происходит вблизи нейтральной линии поперечного сечения пояса. Стенка швеллера находится под воздействием практически равномерно распределенных по длине растягивающих напряжений.

Компонующие пятигранное сечение сварные швы находятся в области действия небольших нормальных и касательных напряжений.

Полученные результаты подтверждают, что в центральном узле наибольшие напряжения возникают, подобно промежуточному узлу, в полках поясного уголка.

Неравномерность в характере распределения нормальных напряжений по высоте сечения пятигранного пояса в центральном узле вызвана действием изгибающего момента, напряжения от которого составляют в некоторых случаях до 60% от суммарных напряжений.

Сопоставление результатов численного расчета и натурного эксперимента показали удовлетворительную сходимость результатов. В зонах, ответственных за несущую способность складчатой конструкции (полки поясного уголка составного сечения) расхождения составили не боле 3%, а в зонах с наименьшими напряжениями расхождение достигало 26%, что необходимо учитывать в инженерных расчетах конструкций.

Установление особенностей работы бесфасоночных узлов с поясами пятигранного профиля показало, что за счет разгрузки этих узлов масса всей складчатой конструкции может быть снижена до 10-15%.


ОСНОВI-IЫ1Е ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ


1. Научно обоснована и экспериментально подтверждена перспективность использования бесфасоночных узлов сопряжения в складчатых конструкциях покрытия.
2. Показано, что расчетная модель, представленная в виде системы сопрягающихся пластин, адекватно отражает работу бесфасоночного узлового сопряжения складчатой конструкции с пятигранным сечением пояса.
3. Показано, что податливость узлового сопряжения не оказывает существенного влияния на изменение геометрии расчетной схемы складчатой конструкции.
4. Установлен характер влияния геометрических характеристик узловых сопряжений на их напряженно-деформированное состояние.
5. Определена совокупность исходных данных, необходимых для конструктивного оформления бесфасоночных узлов складчатой конструкции в зависимости от величины ее пролета и действующей нагрузки.
6. Внешняя экспертиза выполненных научно-технических разработок подтвердила корректность методологии диссертационной работы и достоверность
полученных результатов.

Основные результаты диссертации представлены в следующих материалах:

Pages:     | 1 || 3 |






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