Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ развития конструктивных схем купольных покрытий из цельной и клееной древесины и теоретические основы их расчета.
1.1. Конструктивные схемы купольных покрытий 10
1.2 Применение древесины как конструкционного материала в большепролетных покрытиях 14
1.3. Анализ развития узлового соединения конструктивных элементов сетчатых куполов 22
1.3.1 Выводы 41
1.4. Теоретические основы расчета оболочек 43
1.5. Влияние высоты купола на расход материалов 49
1.6. Выводы 53
Глава 2. А нализ развития исследований по определению несущей способности сжато-изогнутых стержневых элементов пологих сетчатых куполов из дерева и ДКК
2.1. Анализ развития исследований по определению механических прочностных характеристик древесины, как конструкционного материала 56
2.2. Развитие исследований по определению несущей способности сэюато-изогнутых стержневых элементов пологих сетчатых куполов 61
2.2.1. Выводы 71
Глава 3. Разработка нового узлового соединения сжато-изгибаемых элементов сетчатого купола из КДК : 74
Глава 4. Исследование несущей способности деревянных стержневых элементов каркаса пологих сетчатых куполов
4.1. Постановка задачи и основные допущения 80
4.2. Предельная несущая способность деревянных стержневых элементов каркаса пологих сетчатых куполов 81
4.3. Численное исследование сжато-изогнутых деревянных стержневых элементов пологих сетчатых куполов 93
4.4. Анализ изменения напряженно-деформированного состояния сжато-изогнутых стержневых элементов деревянных сетчатых куполов при учете подкрепляющего влиянця обшивок 103
4.5. Результаты сравнительных расчетов по определению несущей способности сжато-изогнутых деревянных стержневых элементов... 110
4.6. Выводы 117
Глава 5. Экспериментальное исследование плоского фрагмента пологого деревянного сетчатого купола
5.1. Цели и задачи экспериментального исследования. Выбор испытываемой модели 118
5.2. Выбор древесины для изготовления испытываемой модели 122
5.3. Проведение механических испытаний используемой древесины 123
5.4. Проектирование и изготовление экспериментальной установки 127
5.5. Проведение испытаний модели плоского фрагмента пологого деревянного сетчатого купола 129
5.6. Выводы 136
Заключение 137
Литература , 139
- Анализ развития узлового соединения конструктивных элементов сетчатых куполов
- Развитие исследований по определению несущей способности сэюато-изогнутых стержневых элементов пологих сетчатых куполов
- Численное исследование сжато-изогнутых деревянных стержневых элементов пологих сетчатых куполов
- Выбор древесины для изготовления испытываемой модели
Введение к работе
Купола обладают высокой архитектурной выразительностью, позволяют перекрывать большие пролеты при минимальном расходе конструкционных материалов.
Совершенной конструктивной схемой обладают сетчатые купола [22, 134].
' \ 1
Подобные купола широко применяются в зарубежном строительстве [28, 29, 30, 134] и являются перспективными конструкциями XXI века [6]. Наиболее эффективным конструкционным материалом для сетчатых куполов является цельная и клееная древесина [25], ее применение позволяет монтировать купольные покрытия диаметром более 400 с массой 1 кв.м. покрытия 20 - 50 кг [4, 6].
Однако в России деревянные, клеедеревянные сетчатые купола широкого применения не нашли [145]. Это в большой степени объясняется тем, что
нормативная методика расчета несущей способности деревянных стержневых
1 \ 1 элементов каркаса купола не 'учитывает нелинейные проявления
деформирования под действием возрастающих нагрузок. Предельное состояние
таких элементов, как правило, наступает при одновременном действии
продольных сжимающих и поперечных нагрузок, в основном, по потере
устойчивости с развитием значительных пластических деформаций, как по
длине стержней, так и в глубину поперечных сечений.
Совместная работа стержней в пространственных покрытиях обеспечивается
конструкцией их узлового соединения. Узловые соединения обеспечивают
соответствие расчетной схемы действительной работе стержней в процессе
нагружения конструкции внешними нагрузками [104]. В [106] отмечается исключительная трудность решения задачи создания унифицированного узлового соединения в сетчатых оболочках, и, несмотря на то, что разработкой конструкций узлов в нашей стране занимались такие ученые, как А.Ю. Гурьев, П.А. Дмитриев, A.A. Журавлев, Б.В. Лабудин, Б.В. Миряев, Б.К. Михайлов, Б.Г. Мухин, В.А. Савельев, E.H. Серов, Б.С. Цетлин и др., вопрос совершенствования конструктивных решений узлов остается открытым.
5 /
В силу вышеизложенного, исследование напряженно-деформированного
состояния (НДС) несущих стержневых элементов сетчатых куполов и
\
разработка их узловых соединений является актуальной задачей.
Научную новизну диссертации составляет усовершенствованная инженерная методика определения НДС и расчета несущей способности по потере устойчивости сжато-изогнутых деревянных стержневых конструктивных элементов пологих сетчатых куполов при одновременном действии продольной
сжимающей и поперечной нагрузок с учетом совместной работы стержней с
обшивками.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.
\
В первой главе выполняется анализ развития конструктивных схем купольных покрытий. Устанавливается, что наиболее эффективными являются сетчатые купола. Определяется, что деревянные конструкции имеют ряд существенных преимуществ, например, обладают наименьшим объемным
весом при большой прочности.) Анализ существующие конструктивных
»
решений узловых соединений показал, что, несмотря на их большое
разнообразие, в настоящее время отсутствует унифицированное узловое
соединения стержневых элементов деревянных сетчатых куполов, которое бы одновременно обеспечивало:
технологичность и простоту изготовления и монтажа конструкций;
четкость расчетной схемы и передачи воспринимаемых усилий;
равнопрочность узла и стержня.
Были проанализированы существующие теоретические подходы при исследовании напряженно-деформированного состояния сетчатых куполов. Указывается на то, что наиболее выгодно напряженное состояние, когда в ' оболочке отсутствуют изгибающие моменты. Такое состояние обеспечивается
соответствующей формой оболочки'и надлежащим ее закреплением.
Отмечается, что по характеру статической работы , сетчатые купола
\
наиболее эквивалентны сплошным оболочкам, и, поэтому, к ним применима континуальная расчетная модель.
Делается вывод, что односетчатая поверхность является наиболее простой и технологичной в изготовлении и монтаже.
Приводятся исследования [13,32] и др., в которых определяется оптимальная
высота куполов. В пологих сетчатых куполах в стержнях действуют сжимающие усилия. При решении задач по определению НДС стержня в составе купола рядом исследователей используется расчетная схема сжато- изогнутого стержня, предельное состояние которого может наступить по потере устойчивости. Как правило, решение получали в линейной стадии
г 1
I
деформирования конструкционного материала.
Во второй главе был выполнен анализ исследований по определению несущей способности сжато-изогнутых стержневых элементов пологих сетчатых куполов, учитывающих нелинейные проявления в изменении НДС. Делается вывод, что в настоящее время отсутствует инженерная методика определения несущей способности стержневого элемента каркаса сетчатого купола из цельной и клееной древесины, нагруженного поперечной нагрузкой, сжатого с эксцентриситетами, учитывающая работу обшивок в нелинейной стадии деформирования. ,
Третья глава посвящена разработке нового узлового соединения сжато- изгибаемых элементов сетчатых куполов из цельной и клееной древесины.
В результате было предложено новое «Узловое соединение деревянных и клеедеревянных стержневых элементов пологих сетчатых куполов» (заявка № 2007144479 от 21.11.2007). В диссертации приводится принципиальное решение узла.
В четвертой главе разрабатывается методика расчета стержневых элементов сетчатых оболочек на устойчивость при одновременном воздействии продольной и поперечной нагрузок, а также изгибающих моментов с учетом
г I
»
пластического деформирования материалов стержней, а в некоторых случаях верхней и нижней обшивок. При решении используются общепризнанные гипотезы и строгий математический аппарат численного интегрирования дифференциальных уравнений.
В соответствии с разработанным алгоритмом приводится укрупненная блок- схема отлаженной компьютерной программы расчета стержневых элементов и обшивки деревянных сетчатых купо/ов. Предельная несущая способность стержня определяется по потере устойчивости в плоскости совместного действия продольной и поперечной нагрузок.
, Анализируются результаты экспериментальных исследований поведения сжато-изогнутых деревянных элементов различных конструкций, выполненных различными исследователями. Согласно методике расчета конструкций по
предельным состояниями был определен параметр, по которому можно было
1 ? »
»
проводить сравнение результатов эксперимента и теоретических расчетов. Численный эксперимент по отладке программы на ЭВМ проводился поэтапно от простых расчетных схем внецентренно-сжатых сосновых стержней без поперечной нагрузки к более сложным.
Сравнение экспериментальных Значений ' критических нагрузок с рассчитанными по предлагаемой методике показало, что математическая модель адекватно описывает изменение НДС сжатых и сжато-изогнутых стержней при различных условиях нагружения. Наступление критического
состояния по потере устойчивости характеризовалось значительными
1 \ 1
пластическими деформациями.
Был выполнен численный эксперимент по определению НДС стержневого элемента деревянного купола с . учртом совместного деформирования с обшивками. Установлено, что совместная работа обшивок со стержнем увеличивает жесткость конструкции, ко мало влияет на повышение несущей способности. Разрушение стержня в этом случае характеризуется резким нарастанием пластических деформаций при нагрузках незначительно меньших своего критического значения.
Представлены результаты численного эксперимента по предлагаемой
1 ? |
I
инженерной методике расчета сжато-изогнутых деревянных стержней, дополняющие нормативную методику СНиП с использованием коэффициента понижения несущей способности. - /ф'БН. В качестве примера приводятся результаты расчета несущей способности сжато-изогнутых деревянных
'л ;
стержней по предлагаемой методике и согласно требованиям СНиП.
Указывается на существенное расхождение результатов при гибкостях
стержней X = 40,80,100. . '
В пятой главе выполняется экспериментальное исследование несущей
способности стержней плоского фрагмента сетчатого купола при
квазистатическом увеличении вертикальной нагрузки. Исследование
выполнялось на специально разработанной силовой установке. Эксперимент
проводился сериями для четырех стержней с гибкостью X = 102. В качестве
конструкционного материала использовалась товарная древесина сосны. Для
г \
»
определения реальной зависимости «а -е» проводились механические испытания на растяжение и сжатие деревянных образцов в соответствии с требованиями Государственных стандартов.
Отмечается удовлетворительное совпадение результатов эксперимента и численного расчета.
, Новые результаты, выносимые на защиту, сводятся к следующему:
на основе общего метода исследования устойчивости стержневых элементов усовершенствована инженерная методика расчета несущей способности стержневых элементов сетчатого купола, подвергающихся
? I
»
одновременному воздействию продольной сжимающей и поперечной нагрузок. Конструкционным материалом может быть древесина, клееная древесина, пластмассы, т.е. материал, имеюхции разномодульные механические характеристики. Поперечное сечение стержня может быть прямоугольной, тавровой и двутавровой формы' с переменными геометрическими характеристиками по длине.
система дифференциальных уравнений, учитывающих ряд нелинейных факторов при деформировании - в зависимостях «су - е», геометрическую нелинейность, адаптирована для описания изменения напряженно-
у ^
деформированного состояния деревянных стержневых элементов сетчатых
куполов, составлена программа для получения численных результатов на ЭВМ;
1*
\
проведены численные эксперименты, позволяющие определить значение предельной несущей способности по потере устойчивости сжато-изогнутых деревянных элементов каркаса сетчатых куполов при различных вариантах загружения;
построены графики зависимости* коэффициентов понижения несущей
способности ср'вн от гибкости стержней в интервале X = 40-^-120 при различных относительных эксцентриситетах приложения продольной силы и уровнях поперечной нагрузки. Эти графики необходимы для практических расчетов по определению несущей способности стержней в соответствии с нормативной методикой предельных состояний;
получены результаты экспериментального и теоретического исследования
? 1 изменения НДС стержней плоскогб фрагмента сетчатого купола. Для
проведения испытаний специально спроектирована и изготовлена
экспериментальная установка. г
предложено новое конструктивное решение «Узлового соединения деревянных и клеедеревянных стержневых элементов пологих сетчатых куполов».
Анализ развития узлового соединения конструктивных элементов сетчатых куполов
Рассмотрим последовательно каждое из них. Соединения под номерами 1,2,3 (см. табл. 1.3.1). Эти узлы выполнены с шаровой узловой вставкой и собираются с помощью болтов [103, 107]. К болтам (поз. 2 на эскизах 1,2 табл. 1.3.1) предъявляются повышенные требования как по прочности, так по точности изготовления.
С использованием этих соединений собираются треугольные, квадратные и прямоугольные фигуры, из которых компонуются объемные I геометрические тела. Различные сочетания этих объемных тел позволяют создавать разнообразные плоскостные и многослойные конструкции / покрытий, перекрытий, колонн, балок, башен, мачт [103].
Оси стержней пересекаются в центре шара, благодаря чему образуются конструкции с четкой расчетной схемой. Узел воспринимает усилия как растяжения, так и сжатия. Первоначально узловое соединение было разработано для применения в плоских перекрестно-стержневых структурных конструкциях, где длины всех элементов одинаковы, а узловые детали однотипны, и количество » типоразмеров конструктивных элементов определяется градацией сечений в зависимости от требуемой несущей способности. В сетчатых же куполах / стержни каркаса незначительно отличаются по длине, имеют малый разброс расчетных усилий и поэтому могут быть запроектированы одного сечения. Узловые соединения типа «Меро» позволяют несколько изменять длину стержня, однако стержни сетчатых оболочек имеют различную пространственную ориентацию в каждом из узлов, что приводит к необходимости индивидуального изготовления большого количества типоразмеров узловых элементов. . ,
Узлы обладают относительно высокой трудоемкостью изготовления (отклонения геометрических размеров элементов при изготовлении не должны превышать допуск (1,0-1,5) мм) и повышенной материалоемкостью для соблюдения условия равнопрочности сечений в \ соединительном узле [103].
Соединения под номерами 4,5,6. (см. табл. 1.3.1) Узел системы «Октаплатт» (№ 14) [6] и его модификации № 5,6 учитывают требования унификации соединений стержневых элементов с различной пространственной ориентацией [108,109,110]. Узлы изготавливаются с применением полых шаров, собираемых из двух полушарий, изготовленных штамповкой из листа и промежуточного диска, обеспечивающего необходимую жесткость. К шару приваривают патрубки, на которые при сборку покрытия надеваются трубы. Все детали « » соединяются на сварке. Узел передает усилия растяжения-сжатия. Узловое соединение требует большой точности изготовления и сборки конструкции на сплошных лесах, большого объема сварочных работ. Эффективен при больших пролетах.
Соединения № 7,8 (см. табл. 1\3.1). Узлы 7,8 также применимы для одно- и двухпоясных пространственных стержневых покрытий. Узел 7 состоит из двух штампованных частей с последующей механической обработкой и имеет четыре патрубка, в которые закладываются наконечники четырех поясныхг стержней. Обе половины стягиваются » болтом. Раскосы присоединяются к специальным проушинам с помощью шпильки на одной или на обеих половинах узловой детали [108,109].
Передача усилий растяжения-сжатия осуществляется благодаря рифленой поверхности соприкасающихся патрубков и наконечников.
Узел 8 в зависимости от количества крепежных деталей может быть жестким или шарнирным и применяться для трансформируемых каркасов [110].
Соединения № 9 (см. табл. 1.3.1). Узловой элемент 9 системы «Триодетик» представляет софой цилиндр с прорезями рифленого I профиля. Концы трубчатых стержней отрезаны под соответствующими углами и расплющены по форме, соответствующей профилю паза узловой детали. Сборка покрытия сводится к запрессовке концов труб в узловой элемент с помощью специального аппарата. Две крышки, надеваемые на цилиндр, предохраняют стержневые элементы от сдвижки и выведения из узла. Все стержни фиксируются в прорезях одним зажимным болтом. Кроме усилий растяжения-сжатия узел воспринимает изгибные усилия. Изготавливается прессованием, штамповкой с последующей механической обработкой, штамповкой [108]. v
Соединения № 10, 11 (см. табл. 1.3.1). Узловые соединения 10,11 состоят из двух стальных круглых дисков с ребрами по краю, стягиваемых между собой одним высокопрочным болтом. Между дисками зажимаются клиновидные наконечники, приваренные к сплющенным концам труб [108,
Соединения № 12 (см. табл. 1.3.1). Узел 12, разработан в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко и отличается {от ранее применявшихся тем, что сплющенные концы всех примыкающих стержней непосредственно свариваются между собой без как гс-либо "переходных деталей. Ванная сварка осуществляется в специальном кондукторе на медной подкладке. Масса сварных узлов не превышает 2,5 % массы всей конструкции. Время на сварку одного узла не превышает 15-20 мин. С помощью этих узлов возведено покрытие рынка в Тольятти в виде структурной пирамиды 1 у 1 двухпоясной конструкции [108].
Развитие исследований по определению несущей способности сэюато-изогнутых стержневых элементов пологих сетчатых куполов
В настоящее время в нормативной литературе не отражено влияние физической и геометрической нелинейностей на работу сжато-изогнутых конструктивных элементов куполов из ДКК и дерева. Предельное \ состояние таких элементов, как правило, наступает по потере устойчивости. НДС таких элементов на момент действия критической нагрузки характеризуется нелинейными зависимостями между перемещениями, деформациями и напряжениями в наиболее напряженных поперечных сечениях стержня [81]. Большое количество исследований было посвящено определению непосредственно механических прочностных характеристик древесины, как конструкционного материала [75,76,77,78]. Особые сложности возникли при описании зависимости между напряжениями и деформациями в древесине при сжатии в нелинейной части диаграммы «а-в». В [78] указывается, что впервые эта связь была предложена в 1729 году Г.Б. Бульфингером в виде степенного закона: а = Аек (2.1.1) где А - константа (с размерностью напряжений), к - показатель степени.
Зависимость (2.1.1) использовалась [82] при аппроксимации экспериментальных диаграмм сжатщ древесины сосны вдоль волокон. В. Прагер [84] и Ф.П. Белянкин [85] несколько идеализировали зависимость «а-е» (см. рис. 2.1.1). Эта диаграмма использовалась в работах В.М. Коченова [86], Г.И. Дыбенко [87] и др. Губенко А.Б. предложил приведенную диаграмму работы сосны на сжатие вдоль волокон (см. рис. 2.1.2).
В [90] обращается внимание на то, что на-результаты кратковременных испытаний коротких стержней из древесины, имеющих цель получить зависимость «сг-в» оказывает влияние целый ряд различных факторов: правильность отбора, размеры форма, температура и влажность образцов, способы загружения и способы измерения деформаций. Теоретические л 1 обоснования и рекомендации по экспериментальным исследованиям древесины содержатся в работах [90,91,92,93] и др.
В нашем случае наибольший интерес представляет методика испытаний коротких образцов, описанная в [90]. Это определено тем, что полученные в ходе эксперимента зависимости «с- в» использовались при определении
Ркр по потере устойчивости стержневых элементов деревянных конструкций с учетом физической и геометрической нелинейностей изменения [47] НДС стержня в процессе возрастания внешней нагрузки. Продольная сила прикладывалась к торцам стержня с различными г 1 » эксцентриситетами.
Испытания коротких образцов на сжатие в [90] проводились в соответствии с основными требованиями и рекомендациями государственных стандартов 14483.10-73 и 16483.24-73 . Температура воздуха при испытаниях была около 19С, относительная влажность — 61%.
Средняя плотность древесины сосны при влажности в момент л испытаний составляла 0,51 г/см , средняя влажность образцов, определенная после их испытаний на сжатие составляла 10 %. Сжимающее »\ усилие создавалось гидравлическим прессом типа П-10 Армавирского завода со шкалой силоизмерителя до 10-ти тонн и ценой деления 20 кгс.
Скорость движения нагружающей головки испытательной машины принималась 4 мм/мин. Для измерения деформаций использовались \ тензометры с базой 5 мм. На .каждую боковую сторону образца наклеивался один датчик. Для регистрации измерения сопротивлений датчиков использовалась тензометрическая система СИИТ-3. Регистрация I показаний выполнялась автоматически на бумажной ленте. Значения относительных деформаций . образца определялись как среднее арифметическое по данным четырех датчиков. Средний предел о прочности древесины сосны составил 545 кгс/см (коэффициент вариации 6%), предел прочности древесины ели - 555 кгс/см2 (коэффициент вариации 4 %). Подобным образом были выполнены испытания образцов и на растяжение.
Для аппроксимации работы древесины на сжатие вдоль волокон использовалось выражение (2.1.5) с применением двух членов ряда. стс = А18 А2Е3 (2.1.6)
Параметры А1 и А2 находились при помощи метода наименьших квадратов, в соответствии с которым сумма квадратов отклонений опытных данных от вероятных средних значений, найденных по (2.1.6), будет наименьшей. Метод приводит к системе из двух линейных г I I нормальных уравнений. (2.1.7) ср где е и оср - координаты осредненной диаграммы. Для аппроксимации работы древесины на растяжение вдоль волокон использовался закон Гука ир=Ер с (2.1.8) Среднее значение Ер для древесины сосны - 126100 кгс/см , для ели 1 I 144700 кгс/см2. Окончательно были приняты аппроксимирующие кривые диаграмм « а - е » представлены на рис .2.1.3-. «
Численное исследование сжато-изогнутых деревянных стержневых элементов пологих сетчатых куполов
Существующие экспериментальные исследования потери устойчивости сжато-изогнутых. , несущих элементов деревянных сетчатых куполов.
В [26] указывается на то, что в области устойчивости куполов в форме выпуклых многогранников исследования немногочисленны, их результаты противоречивы и практически отсутствуют комплексные исследования натурных конструкций куполов и их отдельных конструктивных элементов из дерева и пластмасс. Так, например, в [70] приводятся данные экспериментальных исследований сжато-изгибаемых деревянных элементов безраскосных металло-деревянных ферм, изготовляемых по типовой серии 1-860-6. i 1
Расхождения в теоретических и экспериментальных значениях максимальных нормальных напряжений верхних поясов ферм пролетом 12 I и 18 м под различной нагрузкой составило от 11 до 12 %. Исследование НДС выполнялось для различных соотношений изгибных и сжимающих напряжений а /а =115/15; 110/20; 100/30; 90/40; 80/50.
Установление критической нагрузки по потере устойчивости в результате исследований не приводится.
В процессе экспериментальных исследований [70] установлен важный факт: расхождение в теоретических и экспериментальных величинах максимальных нормальных напряжений показало, что образцы, запроектированные и изготовленные как сжато-изгибаемые элементы с \ центральным приложением нормальной силы в процессе деформирования изменяют расчетную схему и работают как внецентренно сжато- изгибаемые элементы. Испытания кратковременной нагрузкой проводили на стенде с приложением силы домкратами через траверсы. Приложение нагрузки в четвертях пролета каждой панели верхнего пояса обеспечивало величину изгибающего момента, эквивалентного моменту от проектной равномерно распределенной нагрузки. Испытания проводили в два этапа. На первом этапе нагрузка доводилась до расчетной, после чего ферма разгружалась. Затем ферма выдерживалась без нагрузки в течению 2-х месяцев, после чего проводился второй этап до разрушения.
В [62] исследовали влияние сортообразующих пороков древесины (сучков), влажности и температуры на несущую способность 16-ти деревянных образцов. Предельное состояние определялось по максимальной суммарной величине краевых напряжений.
В [50] проводились экспериментальные исследования деревянных клееных элементов по шести схемам загружения с различными соотношениями продольных и поперечных нагрузок. Испытывались клеевые деревянные элементы прямоугольного сечения с размерами сторон 6х/г = 100х160 мм и 100х 100 мм длиной от 2640 мм до 3570 мм в соответствии с принятами гибкостями X = 55;75;120. Опытные элементы сечением 100x160 мм состояли из 8-ми слоев досок толщиной 5 = 20 мм каждая, а элементы сечением 100x100 - из 5-ти слоев досок. Склеивание досок производилось резорцино-формальдегидным клеем ФР-12. Всего было заготовлено 30 опытных образцов. Испытания сжато-изогнутых 1 , элементов проводилось при 4-х сосредоточенных силах с шагом — /; при 21. х сосредоточенных силах с шагом — /; при одной силе в середине пролета при внецентренном приложении . продольной нагрузки с равными I концевыми эксцентриситетами. Был изготовлен специальный стенд.
Конструкция стенда позволяла обеспечить одновременное действие 1 продольных и поперечных нагрузок по различным схемам. Продольные относительные деформации элементов измерялись тензорезисторами с базой 20 мм. На каждый элемент наклеивалось по 48 тензорезисторов. Сечения с тензорезисторами располагались в 1/4; 1/2; 3/4 длины элемента. Для регистрации использовался комплект тензометрической аппаратуры \ АИД-14. Механические характеристики элементов определялись в соответствии с ГОСТами. Оценка несущей способности выполнялась в соответствии с рекомендациями норм. Было выполнено сопоставление результатов экспериментальных исследований с теоретическими. Расхождение в величинах напряжений составило 16,3 %, в величинах прогибов - 10,8 %. 1 ;
Было зафиксировано, что при несимметричном нагружении экспериментальных образцов наблюдалось смещение наиболее напряженного сечения из середины пролета. Предельная нагрузка по потере устойчивости не фиксировалась, а уточнялись значения коэффициентов с, учитывающих влияние дополнительного момента от продольной силы при деформации элемента, соответственно при симметричной и кососимметричной формах деформирования. Так, например, для элементов гибкостью X .75.
Выбор древесины для изготовления испытываемой модели
Испытываемая модель (см. рис. 5.1.2а) представляет собой плоскую стержневую симметричную конструкцию, элементы которой сопряжены под углом 5 к горизонтали. Пролет конструкции в осях составил 2200 мм.
Под действием вертикальной внешней внеузловой нагрузки в стержнях модели возникает продольное осевое усилие и изгибающий момент в жестком узле В (см. риб. 5.1.26). При выборе модели для экспериментального исследования руководствовались следующими соображениями: - разрушение стержневой конструкции должно происходить по первой группе предельных состояний при общей потере устойчивости наиболее напряженного и искривленного элемента; - узловое соединение стержневых элементов между собой (узел В на рис 5.1.2) должно быть жестким и оюспечивать неизменность расчетной схемы в процессе возрастающего квазистатического нагружения; - отношение величины продольного усилия N, возникающего в стержне от действия внешней поперечной нагрузки Р, к величине этой Р нагрузки должно соответствовать соотношению у = — в куполе; - загружение стержней должно выполняться одновременно; \ - потеря устойчивости стержня в составе модели должна происходить в плоскости действия поперечной нагрузки; - закрепление опор А и С модели купола должно исключать их перемещение в процессе эксперимента для определения фиксированной величины возникающего в стержнях продольного усилия на каждом шаге » загружения испытательной нагрузкой. Допускался лишь поворот опорных сечений; / - гибкость стержневых элемен!ов модели выбиралась такой, при которой величина несущей их способности, рассчитанная по нормативной методике, имела наибольшее расхождение с рассчитанной по предлагаемой методике (см. табл. 4.5.1). В таблице 4.5.1. наибольшее расхождение отмечается для стержней гибкостью X = 100.
В процессе подготовки и проведения лабораторных экспериментальных исследований решались следующие основные задачи: - выбор древесины для изготовления испытываемой модели и стандартных образцов для проведения механических испытаний с целью определения механических характеристик и реальной диаграммы деформирования « ст - в » используемой древесины; - проектирование и изготовление испытательного стенда; - выбор измерительных приборбв для контроля параметров НДС в процессе испытаний; \ - сборка испытываемой модели в экспериментальной установке, проверка работы стенда и приборов.
Выбор древесины для изготовления испытываемой модели Для изготовления испытываемой модели плоского фрагмента купола использовалась товарная древесина сосны, которая приобреталась на » одной из баз в Санкт-Петербурге.
Выбиралась обрезная строганая доска из одной партии воздушно-сухой влажности размерами 47x85x5100 с1 минимальным количеством видимых пороков. Из досок были выпилены заготовки размерами 47x85x1530 мм \ (см. рис. 5.2.1). При этом расположение годовых слоев в заготовках было параллельно их меньшему размеру.
Из каждой заготовки распиловкой и острожкой изготавливался один стержневой элемент для испытываемой модели размерами 30x80x1020 и по четыре стандартных образца для .проведения механических испытаний I древесины на сжатие и растяжение. Изготовленные образцы для испытаний соответствовали основным общим требованиям ГОСТ 16483.01 89 [142]. 1
Всего для испытаний было изготовлено 4 стержня размерами 30x80x1020 для сборки модели и по 16 стандартных образцов для механических испытаний. Гибкость стержней модели, рассчитанная по у СНиП [133] была равна 102 и соответствовала случаю наибольшего расхождения величин несущей способности стержневых элементов, \ рассчитанных по предлагаемой и нормативной методикам. Все образцы после нанесения маркировки и контроля размеров поперечных сечений заворачивались в полиэтиленовую пленку и хранились в закрытом сухом помещении
