WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

При выполнении звездчатой системы разрезки (рис. 2) на сферический сегмент наносится сеть меридианов. Каждый полученный участок делится четырехугольными ячейками таким образом, чтобы два противоположных узла ячейки располагались на одном меридиане, а два других – на одной параллели.

Рис. 2. Звездчатая система:

а – на основе сети Чебышева; б – на основе сети локсодромий

К недостаткам звездчатой системы можно отнести достаточно большое количество стержней, сходящихся в узле, что приводит к существенному усложнению конструкции узловых элементов.

Предложенная автором шахматная система разрезки (рис. 3) устраняет основной недостаток звездчатой системы – сгущения сетки, и в тоже время, обладает прочностью и жесткостью при действии несимметричных нагрузках. Жесткость конструкции придают раскосы, образующие ромб (блок жесткости), который располагается в плоскости трапециевидных секций купола и раскрепляет их своими вершинами середины длин, тем самым разгружая сходимость элементов в узле и уменьшая расчетную длину меридиональных и кольцевых стержней.

Рис. 3. Шахматная система разрезки

Использование адресной установки блоков жесткости позволяет, в первую очередь, исключить из общей работы большое количество малонагруженных связей, достичь экономии материала на изготовление купола, а также снизить его массу, что является весьма актуальным, в частности, для сейсмоопасных районов. Помимо этого значительно снижается трудоемкость, т.к. чем меньше связей, тем проще возвести купол.

В качестве примера реализации шахматной системы разрезки купола автором был разработан до стадии альбома рабочих чертежей деревянный ребристо-кольцевой купол с блоками жесткости, расставленными в шахматном порядке (рис. 4).

Рис. 4. Деревянный ребристо-кольцевой купол с блоками жесткости,

расставленными в шахматном порядке

Ребристо-кольцевой купол имеет вид сегмента, вписанного в сферу радиусом 12 м и высотой 4 м. Отношение стрелы подъема к пролету купола составляет 1:3. Площадь купола составляет 113 м2. Объем внутреннего пространства составляет 235 м3. Купол образован двенадцатью меридиональными ребрами (каждое ребро образовано тремя панелями), тремя кольцами прогонов, сорока восьмью раскосами. В целях унификации панели всех меридиональных ребер имеют длину в осях 2,5 м. Меридиональные ребра располагаются на сфере с углом поворота 30O.

Соединение меридиональных ребер в верхней точки купола происходит при помощи верхнего опорного кольца (рис. 5, а). Верхнее опорное кольцо принято металлическим, состоящим из трубы и усилено приваренным листом железа. Диаметр верхнего опорного кольца принимался конструктивно минимальным, равным 450 мм.

Рис. 5. Опорные элементы:

а – верхнее опорное кольцо; б – нижний опорный элемент

Опирание нижнего опорного кольца и меридиональных ребер на нижележащие конструкции происходит с использованием нижнего опорного элемента (рис. 5, б), который в рассматриваемом случае состоит из опорной металлической площадки, на которую опирается отрезок трубы.

Покрытие купола предусмотрено из сборных утепленных панелей с креплением в узлах каркаса купола.

С точки зрения автора, одной из основных технических задач при конструировании узловых сопряжений куполов является создание наконечников, которые бы обеспечивали простоту соединения деревянных стержней с узловыми элементами и были бы способны воспринимать усилия сжатия и растяжения, возникающие от внешних нагрузок. Так как задачей является создание сборно-разборных конструкций, то в качестве наконечников деревянных стержней рационально использовать изделия из металла.

Анализ научно-технической литературы свидетельствует о том, что до настоящего времени проблема поиска эффективных решений сопряжения стержней многоугольных ребристо-кольцевых куполов остается актуальной.

Ниже изображено одно из ряда разработанных автором решений наконечника стержней, представляющее наибольший технический интерес. Данный наконечник (РКК-12-СРД3) служит для образования сборно-разборных узлов деревянного ребристо-кольцевого купола пролетом 12 м (рис. 6).

Рис. 6. Техническое решение наконечника РКК-12-СРД3: 1 – узловой элемент; 2 – шаровая опора; 3 – деревянный стержень; 4 – болт; 5 – упорное кольцо; 6 – Г-образная пластина; 7 – шпилька; 8 – хомут

В представленном техническом решении наконечника РКК-12-СРД3 обеспечена возможность регулировки длины элемента в осях при сборке и в период эксплуатации, вкручивая или выкручивая болт (4). Так же данное решение наконечника позволяет исключить возможность возникновения изгибающих моментов UX, UY, UZ в стержне за счет использования шаровых опор (2), что для пространственных стержневых конструкций является весьма важным.

Предлагаемая конструкция ребристо-кольцевого купола применяется в зданиях различного назначения, в том числе в сельской местности - в культурно-бытовых, производственных, складских одноэтажных зданиях и сооружениях. В гражданском строительстве целесообразно применение разработанного деревянного ребристо-кольцевого купола в покрытии залов, общественных зданий, выставочных павильонов, рынков, зданий физкультурно-оздоровительных комплексов, в малоэтажном домостроении. В промышленном строительстве деревянные ребристо-кольцевые купола могут применяться в одноэтажных отапливаемых и неотапливаемых зданиях

Таблица 1

Показатели расхода основных материалов ребристо-кольцевых куполов с различными конструктивными решениями меридиональных арок

Схема и тип купола

Расход материалов

на купол / на 1м2

Древесина, м3

Сталь, кг

Многоугольный из цельных брусьев

РКК-12-СРД1

РКК-12-CРД2

РКК-12-СРД3

1,96

0,017

1080

9,5

970

8,6

952

8,4

Конический из прямолинейных клееных балок

2,61

0,023

881

7,8

Сферический из гнутоклееных балок

2,52

0,022

881

7,8

В табл. 1 приведены данные по расходу основных материалов разработанного купола пролетом 12 м с тремя различными видами наконечников, а также в качестве сравнительного примера представлен расход древесины и стали ребристо-кольцевых куполов с традиционными конструктивными решениями меридиональных арок на 1 м2 плана (для IV снегового района). Из данных табл. 1 следует, что в куполах с многоугольными ребрами расход древесины меньше на 28-33 % при перерасходе металла на 8 %. Однако, следует иметь в виду, что стоимость прямолинейных клееных элементов в 5-6 раз дороже неклееной древесины, а стоимость криволинейных клееных элементов на 30 % выше, чем прямолинейных клееных.

В третьей главе приведены результаты численного эксперимента и оценка напряжённо-деформированного состояния разработанного ребристо-кольцевого купола с блоками жесткости с учетом влияния податливости узлового соединения, длительности действия нагрузки и физической нелинейности древесины.

Задачи численного эксперимента являлись следующее: изучить с использованием вычислительных комплексов «SCAD» и «Лира» НДС деревянный ребристо-кольцевой купол с блоками жесткости с учетом влияния податливости узлового соединения; исследовать влияние схемы расстановки блоков жесткости на НДС куполов с контрастными схемами; выявить зависимость деформаций и усилий исследуемого купола при длительных нагрузках; выявить зависимость деформаций и усилий исследуемого купола с учетом физической нелинейности древесины.

Объектом численного эксперимента являлся деревянный ребристо-кольцевой купол с блоками жесткости, расставленными в шахматном порядке пролетом 24,0 и высотой 6,0 м, образованный шестнадцатью меридиональными ребрами, пятью кольцами прогонов, тридцатью двумя раскосами. Панели меридиональных ребер имели длину 2,73 м. Сечения всех элементов равны d = 120 мм.

Элементы расчетной схемы моделировались для признака схемы № 5 (шесть степеней свободы в узле). В качестве конечного элемента был выбран универсальный пространственный стержень КЭ-10, имеющий возможность располагаться в плоскости произвольно. Узлы ребристо-кольцевого купола в расчетной схеме принимались шарнирными.

Напряженно-деформированное состояние ребристо-кольцевого купола изучалось по пространственной схеме от действия сосредоточенных сил, приложенных в узлы сходимости меридиональных и кольцевых элементов. Расчет выполнялся для двух схем загружения:

- полная нагрузка (снеговая для IV района и постоянная) приложена симметрично к куполу;

- постоянная нагрузка приложена симметрично по всей поверхности купола, а снеговая – несимметрично.

Заметим, что наибольшие значения несимметричных снеговых нагрузок прикладывались в четверти пролета купола.

Расчет узловых соединений конструкций на основе древесины проводили по деформируемой схеме с использованием условного модуля деформативности Еy.

Условный модуль деформативности вычислялся в соответствии с методикой, разработанной И.С. Инжутовым, А.Ф. Рожковым по формуле

где Е – исходный модуль упругости; – расчетное предельное значение деформаций податливости, принимаемое в зависимости от предельной деформации узлового соединения (на лобовых врубках и торец в торец - 1,5 мм; на нагелях всех видов - 2,0 мм; в примыканиях поперек волокон - 3,0 мм); l – длина стержня, м; kкр – коэффициент учитывающий кратковременность действия нагрузки, при кратковременной нагрузке kкр = 0,5, при длительной - kкр = 1; Rсм - расчетное сопротивление древесины местному смятию.

Заметим, что в этом методе условный модуль деформативности стержня не зависит от величины продольного усилия и площади поперечного сечения элемента.

Длительный модуль упругости, зависящий от влажности древесины и длительности эксплуатации конструкций с учетом развития деформаций последействия, рассчитывался в соответствии с методикой, разработанной В.А. Цепаевым по формуле

,

(2)

где - кратковременный модуль упругости, определяемый для древесины хвойных пород с влажностью (%); - коэффициент длительной деформативности при действии неизменной нагрузки в течение всего срока службы конструкций.

Учет в расчетах неупругих деформаций древесины позволяет выявить дополнительные резервы несущей способности конструкции. В основу современных расчетов строительных конструкций положены диаграммы деформирования конструкционных материалов.

Автором были проведены экспериментальные исследования стандартных образцов древесины сосны при растяжении и сжатии. Всего испытано по 10 образцов для каждого вида напряженного состояния. Эксперименты проведены в разрывной машине Р-5 на действие статической нагрузки. Деформации образцов измерялись посредством тензометрических преобразователей. Измерения проведены в реальном масштабе времени расчетно-измерительным комплексом.

Результаты экспериментов представлены в виде диаграмм растяжения и сжатия на рис. 7.

Рис. 7. Диаграмма – для стандартных образцов древесины сосны

при растяжении и сжатии вдоль волокон

Предел пропорциональности при сжатии составил DP = 15 МПа. Соответствующие деформации с = 1510-4. Сжатые образцы разрушены напряжением с.max = 32,3 МПа. При растяжении упругие деформации не превысили р = 3510-4.

Полученные диаграммы работы образцов были аппроксимированы и представлены в виде уравнений

сжатие

,

(3)

растяжение

.

(4)

Неизвестными х1 и х2 приняты значения точек аппроксимации, расположенных по оси абсцисс, с и р – соответствующие им полученные деформации для сжатия и растяжения.

Физическую нелинейность учитывали предложенным автором коэффициентом относительных напряжений k, отражающим запас несущей способности конструкции при возможном увеличении временной нагрузки или при уменьшении расчетного сечения стержней

,

(5)

где i – значения сжимающих напряжений, для сжатых и растянутых стержней; Rн – нормативное значение расчетного сопротивления.

Физически нелинейный модуль упругости Еф, определяемый для области неупругих деформаций вследствие учета коэффициента относительных напряжений k, определялся по формулам

- сжатие,

(6)

- растяжение,

(7)

Pages:     | 1 || 3 |






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