WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Устойчивость верхних поясов в горизонтальной плоскости обеспечена диафрагмами жесткости из профнастила. При оценке устойчивости пояса в вертикальной плоскости следует учитывать податливое примыкание раскосов к поясам. В этом случае расчетная схема пояса представлена в виде многопролетного стержня на упругих опорах. Даны рекомендации по оценке расчетной длинны этого внецентренно-сжатого стержня.

Предварительный подбор сечения пояса составного профиля из швеллера и уголка рекомендуется выполнить по упругой стадии с введением С=1,2:

В дальнейшем, после конструирования узлов и корректировки первоначально принятой расчетной схемы пространственно-стержневой системы с учетом расцентровки и податливого примыкания раскосов к поясам, окончательную проверку прочности по критерию ограниченных пластических деформаций (1) следует выполнить по формуле:

где

– коэффициенты, учитывающие развитие пластических деформаций при совместном действии N, Mx, My. Эти коэффициенты получены в гл. 3 настоящей диссертации. Даны рекомендации по расчету и конструированию остальных элементов конструкции.

Рассмотрены технологические вопросы изготовления, транспортировки и монтажа разработанных конструкций. Производство их не требует больших площадей и спецоборудования. Представлены устройства для изготовления составного профиля из швеллера и уголка и сборки отправочных марок. Разработаны схемы компактной транспортировки отправочных марок с максимальной загрузкой транспортных средств.

Дана оценка трудоемкости изготовления, металлоемкости и заводской себестоимости исследуемых конструкций покрытий. Проведен сравнительный анализ удельной металлоемкости трех разработанных конструктивных форм (рис. 3) с аналогами: стропильные фермы из уголков, круглых труб, ГСП типа “Молодечно”, ферм с тавровыми поясами и структурных покрытий ЦНИИСК. Установлено, что металлоёмкость исследуемых бесфасоночных покрытий на уровне ферм из ГСП типа “Молодечно”; при этом на 10% снижается расход металла на профнастил. При варьировании пролета от 12 до 24 м и нагрузке 3 кН/м2 удельная металлоемкость несущих конструкций составляет 12...17,5 кг/м2.

Удельная трудоемкость изготовления бесфасоночных ферм с поясами составного профиля из швеллера и уголка составляет 10,45 чел-час/тонну. По сравнению с традиционными фермами из спаренных уголков при пролете 18 м, применение трехгранных ферм дает экономию металла 25,7%, снижение заводской стоимости на 26% при одновременном снижении трудозатрат на 22,4%. В диссертации представлены технико-экономические показатели разработанных проектных решений опытного внедрения исследуемых конструкций в практику строительства.

В третьей главе исследовано напряженно-деформированное состояние системообразующего составного стержня из швеллера и уголка. Рассмотрена задача внецентренного сжатия (растяжения) с двуосным эксцентриситетом в упругой и упругопластической стадии. При переходе в упругопластическую стадию использован метод определения напряжений и деформаций В.П. Коломийца, распространенный Г.И. Белым на общий случай загружения. Для реализации численной процедуры определения деформаций всё сечение представляется дискретизированным на малые площадки (Ak c координатами центра тяжести каждой площадки xk, yk (рис. 6). Деформации, возникающие в центре тяжести каждой площадки, при отсутствии начальных напряжений представлены в виде:

Решение системы уравнений (10) проводится итерационным методом, позволяющим с помощью последовательных приближений получить с заданной степенью точности значения всех компонент деформаций при любом сочетании силовых факторов.

На основе приведенной методики на языке “Object Pascal” разработана программа автоматизированного определения напряженно-деформированного состояния составного профиля из швеллера и уголка с учетом ограниченного развития пластических деформаций. Сервисное обеспечение предусматривает диалоговые окна для определения геометрии сечения, его физико-механических характеристик, предельных силовых факторов, вывода результатов расчета в форме таблиц и изополей обобщенных деформаций.

С помощью программы определены максимальные внутренние усилия, действующие в поперечном сечении составного стержня как в упругой, так и в упругопластической стадии. Результаты расчета представлены в виде графиков,

Установлено влияние геометрических характеристик составного профиля из швеллера и уголка на предельные усилия. Анализ профилей разработанного сортамента показал, что соотношение площадей швеллера и уголка может изме-

Эпюры обобщенных деформаций при различных соотношениях силовых факторов приведены на рисунке 10. В зависимости от соотношения Мx, My, N точка максимальной деформации составного профиля может менять свой адрес. Не во всех случаях отдельные максимальные значения усилий вызывают предельное состояние сечения, это следует учитывать при выборе расчетных сочетаний усилий.

Разработаны практические рекомендации для оценки прочности составного профиля из швеллера и уголка. Проверка предельного состояния по непригодности к эксплуатации вследствие ограниченного развития пластических деформаций производится по формуле (5), в которой значения коэффициентов найдены как:

В диссертации приведены таблицы коэффициентов (13) в зависимости от соотношения и знака силовых факторов N, Mx, My, а также отношения Ашв/Ауг.

Программа расчета позволяет в процессе развития исследований и расширения области использования составного профиля учесть дополнительные силовые факторы и связанные с ними деформации: поперечные силы, кручение и др. В диссертации представлены дополнительные зависимости, учитывающие эти факторы. Повышение несущей способности исследуемого стержня можно добиться путем использования различных марок стали в швеллере и уголке. Отмечены и другие перспективные направления развития исследований и совершенствования конструктивной формы.

В четвертой главе представлены экспериментальные исследования стальной бесфасоночной пространственной фермы с верхним поясом из швеллера и уголка и наклонной раскосной решеткой из одиночных уголков. Цель эксперимента – изучение действительной работы натурной конструкции при статическом загружении и проверка основных расчетных предпосылок и теоретических положений.

Габаритные размеры трехгранной фермы: пролет – 12 м, высота – 1,5 м, ширина – 3 м, панели поясов – 3 м. Сечение верхнего пояса образовано из [№12 по ГОСТ 8240-72 и L80х10 по ГОСТ 8509-93. Два нижних пояса из L80х10, каждый из которых ориентирован обушком вверх (рис. 3а); раскосы из L50х5, L75х8, L80х10 торцами приварены к поясным уголкам верхнего и нижнего пояса (рис. 4). Материал всех элементов по результатам испытаний стандартных образцов на растяжение соответствует стали С235 по ГОСТ 27772-88*. Испытания проведены на стенде при проектном положении конструкции в два этапа:

  • Этап №1. Изучение работы конструкции в упругой стадии при варьировании величины, характера и схем загружения.
  • Этап №2. Изучение её работы при переходе в упругопластическую стадию до потери несущей способности.

На первом этапе реализованы четыре схемы загружения: равномерно распределенная нагрузка по всему и в половине пролета, сосредоточенные силы в узлах, сосредоточенные силы в середине панелей верхнего пояса. Предельная нагрузка назначалась так, чтобы максимальный уровень напряжений не превышал 80% Ry. На втором этапе при равномерно распределенной нагрузке по всему пролету конструкция загружалась до предельного состояния.

Рис. 11. Схема расстановки прогибомеров: М – ПМ, А – ПАО-5, И – индикаторы

Измерение вертикальных и горизонтальных перемещений производилось прогибомерами ПМ, ПАО-5, а также индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм. Схема расстановки приборов показана на рис. 11. Индикаторами с ценой деления 0,001 мм контролировалось возможное смещение швеллера относительно уголка составного профиля.

Измерение деформаций производилось с помощью тензорезисторов, сопротивлением 100 Ом и базой 20 мм. В качестве регистрирующей аппаратуры использован цифровой измерительный комплекс К732/1 с компьютерным управлением. Контролируемые тензорезисторами сечения пространственной фермы отмечены на рис. 12.

Рис. 13. Эпюры прогибов верхнего пояса при варьировании схемами загружения

Эпюры прогибов верхнего пояса фермы при варьировании схем загружения приведены на рис. 13. Здесь лини 1 соответствуют теоретическим прогибам без учета податливого примыкания раскосов к поясам; линии 2 – измеренные значения; пунктир – прогибы с учетом податливого примыкания раскосов. Сходимость экспериментальных и теоретических результатов по прогибам с учетом податливости составляет от 2,6% до 9%; без учета податливости эта разница увеличивается от 6% до 24%. Расчет таких конструкций по 2Й группе предельных состояний следует выполнять с учетом податливого примыкания раскосов, использование эквивалентной жесткости (3) дает удовлетворительный результат.

Вертикальные перемещения нижних поясов по характеру и величине аналогичны прогибам верхнего пояса. Горизонтальные перемещения верхнего и нижнего поясов на порядок меньше вертикальных, носят случайный характер и связаны с дефектами изготовления конструкции. Местный изгиб полки поясного уголка в зоне примыкания раскосов при максимальной нагрузке составил 0,76% от толщины полки. Сдвига швеллера относительно уголка составного пятигранного профиля не обнаружено: сечение работает монолитно.

Сравнение теоретических и экспериментальных значений нормальных напряжений в упругой стадии представлено на рис. 14. Сплошными линиями показаны экспериментальные, пунктиром – теоретические эпюры. Теоретические значения приведены в скобках. Расхождение максимальных значений ( для верхнего пояса пятигранного сечения не превышает 5-7% и составляет в среднем (4%; для нижнего пояса – менее 9%; для растянутых раскосов от 0 до 35%; для сжатых раскосов – от 0 до 45%. В раскосах появляются изгибные нормальные напряжения (, не учитываемые расчетной схемой, а большие расхождения соответствуют только малым усилиям в стержнях (разность малых чисел). Центрального сжатия или растяжения в раскосах не зафиксировано. Это связано как с несовершенствами изготовления, так и с особенностью работы узлов.

Рис. 14. Эпюры ( (МПа) при равномерно распределенной нагрузке

Особое внимание в процессе эксперимента уделено изучению работы внецентренно-сжатого составного стержня верхнего пояса в упругопластической стадии. Наиболее опасным сечением его является Вп2-3 (рис. 12). Для оценки глубины развития пластических деформаций в этом сечении устанавливались по два дополнительных тензорезистора на каждой грани. Начало зарождения пластических деформаций зафиксировано в обушке поясного уголка (рис. 15а). Процесс дальнейшего развития пластических деформаций в этом сечении при возрастании

Глубина развития пластических деформаций в предельном состоянии показана на рис. 15в. Уменьшение упруго работающего сечения приводит к смещению нейтральной оси x0 – x0. Процесс развития пластических деформаций интенсивно нарастает. Одновременно развиваются пластические деформации и в сечении Вп3 (рис. 12). Несущая способность пояса исчерпана. Появление обширной зоны развития пластических деформаций сопровождается ростом прогибов конструкции. Однако механического разрушения в элементах и узлах фермы не зафиксировано. При снятии нагрузки она стремится восстановить свою первоначальную форму с заметным появлением остаточных прогибов и необратимых деформаций.

Эксперимент подтвердил основные расчетные предпосылки и полученные теоретические результаты, которые могут быть использованы при проектировании исследованных конструкций.

В пятой главе даны практические рекомендации по изготовлению, расчету и конструированию бесфасоночных пространственно-стержневых конструкций покрытий с поясами составного профиля из швеллера и уголка. Определены направления дальнейших исследований, включая исследование работы сварного компоновочного шва, соединяющего швеллер и уголок составного профиля.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ:

1. Разработаны новые пространственно-стержневые конструкции покрытий с поясами составного профиля из швеллера и уголка, включая складку, трехгранную ферму и структурную плиту. Экспериментально и теоретически обоснована возможность применения конструкций в практике строительства.

2. Разработана вычислительная программа для расчета стержня составного профиля из швеллера и уголка на действие продольной силы с двухосным эксцентриситетом. Изучено влияние геометрических параметров составного профиля из швеллера и уголка на его деформации в зависимости от соотношения величин продольной силы и изгибающих моментов.

3. Получены значения коэффициентов для проверки прочности поясов по критерию ограниченных пластических деформаций в зависимости от соотношения силовых факторов и геометрических параметров составного сечения из швеллера и уголка.

4. Дана оценка жесткости пространственных конструкций с поясами составного профиля из швеллера и уголка. Установлено, что расчет конструкции по второй группе предельных состояний необходимо проводить с учетом податливости примыкания раскосов к поясу.

5. Экспериментально получены новые данные, характеризующие особенности напряженно-деформированного состояния натурной конструкции покрытия с верхним поясом составного профиля из швеллера и уголка при статическом нагружении.

6. Результаты экспериментальных исследований подтвердили правомерность основных теоретических предпосылок, положенных в основу разработанного способа расчета. При этом сходимость теоретических и экспериментальных результатов по прогибам составила 2,6...9%, по напряжениям в упругой стадии (4,3%, по значениям остаточных деформаций 3,3%.

7. Целесообразность использования разработанных конструкций подтверждена опытом их 3-х летней эксплуатации в условиях г. Томска.

Основные результаты диссертации представлены в следующих материалах:

1. Копытов М.М., Матвеев А.В. Беспрогонное складчатое покрытие из прокатных профилей.// Информационный лист №44-98, сер. Р.67.11.35. – Томск: Изд-во МТ ЦНТИ, –1998. –4 с.

2. Копытов М.М., Матвеев А.В., Яшин. С.Г. Повышение надежности эксплуатируемых структурных покрытий.// Вестник Томского гос. архит.-строит. ун-та. –Томск.: Изд-во ТГАСУ. – 1999. – №1. – С.121-126.

3. Проблемы легких металлических конструкций в Томской области./ М.М. Копытов, К.А. Ерохин, А.В. Матвеев, А.С. Косинцев, С.Г. Яшин// Труды НГАСУ. – Новосибирск. – 1999. – Т.2, №3(4). – С.54-62.

Pages:     | 1 || 3 |






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