Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, обоснование задач исследований ... 11
1.1. Общие сведения 11
1.2. Плиты покрытия на пролет 14
1.3. Трехгранные блок-фермы в отечественном и зарубежном строительстве 17
1.4. Цели и задачи исследований 29
2. Опытно-конструкторские разработки трехгранных блок-ферм 31
2.1. Общие положения, принятые при разработке опытных конструкций 31
2.2. Блок-фермы с элементами из цельной древесины 34
2.3. Блок-фермы с элементами из клееной древесины 50
2.4. Область применения 61
3. Чиссленные исследования напряженно-деформированного состояния трехгранных блок-ферм 66
3.1. Цели численных исследований и формулировка задач 66
3.2. Влияние геометрических и статических параметров на напряженно-деформированное состояние ребристых плит с дощатой обшивкой . 67
3.2.1. Влияние неравномерной осадки опор на напряженно-деформированное состояние трехгранных блок-ферм 73
3.3. Влияние неравномерного натяжения ветвей нижнего пояса на напряженно-деформированное состояние трехгранных блок-ферм 84
3.4. Влияние ветровых нагрузок на напряженно-деформированное состояние трехгранных блок-ферм 87
4. Методика экспериментальных исследований 91
4.1. Цели и задачи экспериментальных исследований 91
4.2. Общие положения 91
4.3. Эксперимент с блок-фермой пролетом 30 м 93
4.4. Эксперименты с конструкциями пролетами 18и 12м 98
5. Анализ результатов физических экспериментов 103
5.1. Оценка технологичности изготовления и испытания блок-фермы пролетом 30 м 103
5.2. Испытания крупноразмерной ребристой плиты верхнего пояса 107
5.3. Технологический эксперимент с блок-фермой пролетом 18 м 113
5.4. Испытания цельнодеревянной блок-фермы пролетом 12м 116
6. Рекомендации по конструированию, расчету и изготовлению пространственных трехгранных совмещенных блок-ферм на основе древесины и их технико-экономическая эффективность 123
6.1. Общие положения 123
6.2. Конструирование и расчет 125
6.3 Изготовление блок-ферм 132
6.4. Меры защиты 135
6.5. Технико-экономическая эффективность применения трехгранных блок-ферм 136
Основные выводы 146
Литература 148
Приложения 169
- Трехгранные блок-фермы в отечественном и зарубежном строительстве
- Блок-фермы с элементами из цельной древесины
- Влияние геометрических и статических параметров на напряженно-деформированное состояние ребристых плит с дощатой обшивкой
- Эксперимент с блок-фермой пролетом 30 м
Введение к работе
Общеизвестно, что пространственные конструкции на основе древесины более эффективны по сравнению с плоскостными. При этом, с увеличением пролетов эффективность возрастает. Снижение стоимости пространственных конструкций по сравнению с плоскостными клеедощатыми конструкциями достигает 30-40 %. Они конкурентоспособны и по сравнению с аналогичными конструкциями одного класса из других традиционных материалов. Легкость конструкций из дерева дает возможность (при равенстве суммарного веса) перевезти их в пять раз больше по сравнению с железобетонными, а следовательно, почти в пять раз сократить расходы на эти цели. Так, например, при строительстве спортзала в Солт-Лейк-Сити (США) с деревянным купольным покрытием диаметром 105 м, экономия составила 225 тыс. долларов (на 33 % дешевле самой рациональной металлической конструкции) [123].
В настоящее время в районах Сибири и Дальнего Востока наблюдается возрождение интереса к конструкциям на основе древесины. Вместе с тем, развитие конструкций из древесины испытывает здесь существенные трудности, связанные с сокращением объема поставок на отечественный рынок лесоматериалов с развитыми размерами поперечных сечений. В частности, эта проблема отразилась в отказе, в большинстве случаев, от использования в строительстве традиционных плоскостных конструкций, хорошо зарекомендовавших себя ранее [229].
Анализ состояния зданий и сооружений сельскохозяйственного назначения в Красноярском крае свидетельствует о том, что более 50 % от их числа пришло в полную или почти полную непригодность в последние годы. Почти такая же картина наблюдается и в лесной отрасли. Причины этого лежат как в спаде производства, так и в отсутствии финансирования не только на новое строительство, но и на ремонт существующих зданий [65].
Резкое удорожание транспортных перевозок обусловило отказ сельских акционерных обществ от применения железобетонных конструкций, выпускаемых комбинатами, расположенными в основном, в городской черте [65].
На наш взгляд, ситуация такова, что уже в ближайшие годы можно будет ожидать самого пристального внимания к развитию агропромышленного и
6 лесоперерабатывающего комплексов и, как следствие этого, начала нового строительства.
В этой связи, представляется весьма важным проводить техническую политику, ориентирующую изготовителей и потребителей на применение современных эффективных пространственных конструкций, в том числе блочного типа: плит на пролет, блок-ферм, блок-арок покрытий. По нашему мнению, для этого в Красноярском крае сложилась благоприятная ситуация: лесоматериалы являются местным ресурсом, создана местная производственная база. Вместе с тем, негативным фактором, припятст-вующим применению блочных конструкций является отставание конструкторских и научных исследований в этом направлении. Существующие методы расчета крупноразмерных клеедощатых плит недостаточно достоверно отражают условия совместной работы их элементов, что приводит к несоответствию расчетных моделей реальному поведению конструкции при воздействии эксплуатационных нагрузок.
Таким образом, актуальность темы обусловлена: небольшим количеством технических решений трехгранных блок-ферм покрытий; особой целесообразностью таких конструкций для Сибири, Дальнего Востока и Севера; малоизученностью напряженно-деформированного состояния трехгранных блок-ферм, - особенно при действии ветровых нагрузок, при осадках опор; отсутствием нормативных документов, регламентирующих проектирование и изготовление упомянутых выше конструкций.
Все это послужило основанием для включения темы в план госбюджетных научно-исследовательских работ кафедры строительных конструкций Красноярской Государственной архитектурно-строительной академии и в целевую республиканскую научно-техническую программу «Строительство». Работа выполнена при материальной и финансовой поддержке в соответствии с дополнениями к договору № 80 от 1 декабря 1998 года о сотрудничестве между АК "Енисейлес" и КрасГАСА по республиканской НТП «Строительство» за 1997, по теме "Разработка, создание и промышленное освоение новых пространственных конструкций из композиционных материалов, удовлетворяющих региональным условиям Сибири".
Цели и задачи работы. С учетом вышеизложенного, целью работы являлась разработка трехгранных блок-ферм покрытия с дощатой обшивкой и исследование их напряженно-деформированного состояния, в том числе, при воздействии ветровых нагрузок, и осадках опор.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие основные задачи: обобщить и проанализировать накопленный опыт конструкторских разработок, проведенных в направлении предпринятых автором исследований; разработать конструкции трехгранных блок-ферм с различными техническими решениями верхних поясов и узловых соединений элементов для пролетов 12 - 30 м; провести численные исследования напряженно-деформированного состояния крупноразмерных плит с дощатой обшивкой, образующих верхние пояса блок-ферм в зависимости от их пролета, шага ребер, толщины обшивки, вида напряженного состояния, влияния анизотропии на величину работающей части дощатой обшивки, изменения ориентации досок обшивки к продольной оси конструкции; провести численные исследования влияния ветровых нагрузок и осадок опор на напряженно-деформированное состояние трехгранных блок-ферм с использованием программного комплекса «SCAD» [155], как дискретно-континуальной (пластинчато-стержневой) системы; разработать методику учета указанных факторов в практических расчетах трехгранных блок-ферм; провести комплексные экспериментальные исследования натурных конструкций трехгранных блок-ферм; изучить действительный характер их работы; разработать рекомендации по конструированию, расчету и изготовлению предложенных конструкций.
Научная новизна работы представлена результатами: опытно-конструкторских разработок трехгранных блок-ферм с дощатыми обшивками; экспериментальных исследований трехгранных блок-ферм; численных исследований НДС блок-ферм, проведенных с учетом влияния ветровых нагрузок и осадки опор, а также геометрии сечений и конструктивных особен- ностей объектов исследований; формульных зависимостей редукционного коэффициента дощатой обшивки крупноразмерных ребристых плит.
Новизна опытно-конструкторских разработок подтверждена патентом РФ на изобретение № 2136822 [231].
Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты можно непосредственно использовать при проектировании и изготовлении предложенных конструкций в соответствии с рекомендациями, изложенными в завершающей главе диссертации.
Практическую ценность имеют: новые конструкции пространственных трехгранных совмещенных блок-ферм с дощатыми обшивками, выполняемых с использованием цельной и клееной древесины для покрытий зданий с пролетами от 12 до 30 м, включая рабочие чертежи; инженерный метод расчета сжато-изгибаемого верхнего пояса блок-ферм с учетом включения дощатой обшивки в общую работу конструкций, а также рекомендации по их проектированию и изготовлению; технико-экономическая оценка разработанных конструкций; возможность повышения при применении предлагаемых конструкций эффективности капитальных вложений, снижение материалоемкости и трудозатрат по сравнению с существующими типовыми и другими эффективными конструкциями, что достигается за счет индустриальности блок-ферм и использования современных приемов крупноблочного монтажа.
На защиту выносятся:
Конструктивные решения разработанных автором пространственных совмещенных трехгранных блок-ферм на основе цельной и клееной древесины с дощатыми обшивками;
Результаты экспериментальных исследований натурных конструкций пространственных совмещенных трехгранных блок-ферм с дощатыми обшивками при кратковременном загружении;
Результаты численных исследований НДС блок-ферм, проведенных с учетом влияния ветровых нагрузок и осадки опор, а также геометрии и конструктивных особенностей объектов исследований;
Результаты численных исследований клее дощатых плит с учетом включения обшивок в общую работу конструкций, формульные зависимости редукционного коэффициента дощатой обшивки крупноразмерных ребристых плит;
Рекомендации по проектированию и изготовлению трехгранных блок-ферм;
Основные выводы, сделанные по результатам конструкторских и экспериментально-теоретических исследований и апробации разработок трехгранных блок-ферм в практике проектирования.
Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы и приложения.
Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, поставлена цель и определены задачи исследований. Сформулирована научная новизна и практическая значимость полученных результатов, а также основные положения, выносимые на защиту. Кратко изложено содержание диссертационной работы.
В первой главе приведен краткий обзор, выполнен анализ основных принципов конструирования и тенденций совершенствования конструктивных решений трехгранных блок-ферм на основе древесины и металла; определены цели и задачи исследований.
Во второй главе изложены основные принципы формообразования и конструирования трехгранных блок-ферм на основе цельной и клееной древесины для покрытий зданий, а также приведены примеры реализации этих принципов.
Третья глава посвящена численным исследованиям НДС блок-ферм, проведенных с учетом влияния ветровых нагрузок и осадки опор, а также геометрии сечений и конструктивных особенностей объектов исследований. Установлены формульные зависимости редукционного коэффициента дощатой обшивки ребристых плит от вида напряженного состояния.
В четвертой главе приведена методика экспериментальных исследований натурных конструкций.
Пятая глава посвящена результатам экспериментальных исследований. Дана оценка технологичности изготовления натурных конструкций. Выполнена оценка несущей способности и деформативности разработанных трехгранных блок-ферм пролетами 30, 18 м с дощатыми обшивками и пролетом 12 м с обшивкой из плоских асбе-стоцементных листов; основные результаты представлены в виде графиков и таблиц.
В шестой главе изложены рекомендации по конструированию и расчету разработанных конструкций, представлен технико-экономический анализ применения трехгранных блок-ферм на основе древесины.
В приложении представлены акты внедрения.
Апробация работы. Результаты работы были изложены и обсуждены: на научно-технических конференциях НГАСУ им. В. В. Куйбышева (Новосибирск, 1997-1999 гг.); на международных симпозиумах «Современные строительные конструкции из металла и древесины», (Одесса, 8-Ю июня 1999 г.), (Одесса, 12-14 июня 2001 г.); на международной научно-технической конференции «BUDOWNICTWO OGOLNE zagadnienia konstrakcyjne, materialowe і cieplno-wilgotnosciowe w budownictwie», (BYDGOSZCZ, 12 CZERWCA 2000 ROKU).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе патент РФ на изобретение № 2136822.
Объем диссертации. Общий объем диссертации 171 страница, в том числе 96 страниц машинописного текста, 102 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 234 наименований.
Трехгранные блок-фермы в отечественном и зарубежном строительстве
В НГАСУ им. В. В. Куйбышева разработан ряд трехгранных конструкций как на основе клееной, так и на основе цельной древесины.
Полигональная четырехпанельная деревометаллическая блок-ферма пролетом 24 м (рис. 1.5) [36]. Конструкция запроектирована с использованием для устройства верхнего пояса взаимозаменяемых клеефанерных двускатных плит. Геометрическая схема блок-фермы назначена таким образом, что ее узлы расположены на дуге квадратной параболы, а взаимозаменяемые раскосы имеют одинаковую длину. Это обеспечивает наивыгоднейшие условия работы поясов и решетки. Нижний пояс законст-руирован из круглой стали.
Главной особенностью конструкции является использование для верхнего пояса двускатных плит. Высота их основных ребер увеличивается с ростом изгибающих моментов, возникающих от межузловой нагрузки. При этом возрастают эксцентриситеты, с которыми оказываются приложенными усилия, сжимающие плиту. Последнее приводит к увеличению разгружающих плиту моментов, возникающих от сжимающих усилий.
Двускатная шестипанельная пространственная ферма пролетом 18 м (рис. 1.6) [36]. Верхний пояс фермы выполнен из однотипных взаимозаменяемых клеефанер-ных плит с размерами в плане 3x3 м. Нижний пояс и опорные нисходящие раскосы фермы запроектированы из круглой стали; остальные раскосы - деревянные квадратного сечения.
Обшивка приклеена к ребрам плиты (с гвоздевой запрессовкой); листы обшивки состыкованы на ребрах с помощью полосовых фанерных накладок. В пересечении вспомогательных ребер использовано армирование с помощью вклееных в древесину стальных стержней периодического профиля, что обеспечивает равнопрочность ребер в местах их сопряжения. Обрамляющие ребра отторцованы под прямым углом, благодаря чему усилия, передаваемые на плиту в узлах фермы, оказываются приложенными вдоль волокон ребер.
При конструировании узлов использован прием эксцентричной передачи усилий сжатия на основные ребра плит, чем достигнуто уменьшение изгибающих моментов, возникающих в этих ребрах от действия межузловой поперечной нагрузки.
В узлах блок-фермы применены соединения на болтах, завинчиваемых в специальные детали, предусмотренные в узловых башмаках. Растягивающее усилия с раскосов передаются на упомянутые болты с помощью согнутых U- образно сталь ных полос, поставленных в пропилы по концам раскосов. Полосы закреплены в пропилах на дюбелях.
Передача сжимающих усилий с раскосов на узлы блок-фермы оказывается возможной благодаря шестигранным муфтам, надетым на болты и используемым для их натяжения. После натяжения болтов муфты своими торцами упираются в соединительную деталь узла и пластину (полувалик), размещенную между U-образной полосой и торцом раскоса, вследствие чего и обеспечивается передача упомянутых усилий сжатия.
В опорных узлах блок-фермы применены стальные сварные башмаки, выполненные таким образом, что передача сжимающих усилий с плит на узлы осуществляется через торцы упертых в башмаки продольных и поперечных ребер; нисходящие опорные раскосы закреплены за фасонки башмаков с помощью двухсрезных болтов.
В целом, конструкция блок-фермы разработана как сборно-разборная, удобная в перевозке. При транспортировании плиты, раскосы, элементы нижнего пояса укладываются в пакеты, а мелкие крепежные детали - в ящики.
Отмечая достоинства, оригинальность рассмотренной блок-фермы и самобытность приемов конструирования, укажем на то, что положительными свойствами является взаимозаменяемость клеефанерных плит и раскосов, регулярность решетки. Однако, крайние раскосы здесь сильно растянуты, усилие с нижнего пояса на основные ребра верхнего пояса передаются под большим углом к направлению волокон древесины, что неблагоприятно сказывается на работе конструкции.
Заметим также что, эта конструкция может найти применение, главным образом, в промышленном и гражданском строительстве, где высота здания до низа покрытия достаточно велика. Для большинства же сельскохозяйственных зданий блок-фермы подобного типа приемлимы не всегда, вследствие существенного увеличения высоты стенового ограждения.
Блок-фермы с элементами из цельной древесины
Блок-фермы с элементами из цельной древесины можно использовать в холодных и теплых покрытиях зданий с пролетами до 24 м. Возможные конструктивные схемы трехгранных блок-ферм на основе цельной древесины приведены в табл. 2.1. Изготовление таких конструкций может быть организовано на существующих деревообрабатывающих заводах в Красноярском крае - ДОЗ-2, «Енисейлес», «КЛМ и Ко», а также в мастерских линейных строительных организаций.
Соискателем проведен анализ [228] статических показателей возможных конструктивных схем плоскостных деревометаллических ферм, наиболее пригодных, чтобы быть положенными в основу создания трехгранных блок-ферм. На наш взгляд, в рациональной схеме должны быть синтезированы положительные свойства четырех ферм, изображенных на рис. 2.1, 2.2, 2.3, 2.4.
Положительными свойствами схемы А (рис. 2.1) является взаимозаменяемость панелей верхнего пояса и раскосов, регулярность решетки. Однако, крайние раскосы здесь сильно нагружены растягивающими усилиями. При этом реактивное усилие с нижнего пояса на верхний пояс передается под большим углом к направлению волокон древесины, что неблагоприятно сказывается на работе конструкции.
Последнее преодолено в схеме Б (рис. 2.2). В этой конструкции усилия с нижнего пояса на основные ребра верхнего пояса передаются под небольшим углом к волокнам древесины, что определяет простоту выполнения узловых сопряжений эле ментов. Однако, здесь нарушена регулярность решетки, что обусловливает большую / деформативность фермы, по сравнению с предыдущей.
Рациональное соответствие высоты конструкции изменению изгибающих усилий, за счет сегментного очертания верхнего и нижнего поясов, характерно для схемы В (рис. 2.3). Хотя и в этой ферме не сохранена регулярность решетки. соединяющие нижние узлы раскосов с нижним поясом, разгружают элементы решетки путем равномерного распределения внутренних усилий между ними, тем самым увеличивая пространственную жесткость системы в целом. Однако, часть стоек, на наш взгляд, без ущерба для работы конструкции может быть исключена из схемы. В результате будет уменьшено количество узловых элементов и соединений, а следовательно сокращена и трудоемкость сборки. Кроме того, для сибирских регионов более долговечны скатные покрытия. Таким образом наиболее рациональной представляется нам схема Д (рис. 2.5), в которой синтезированы лучшие свойства рассмотренных ферм: нижний пояс имеет параболическое очертание, решетка расставлена регулярно по длине конструкции, усилия с нижнего пояса на панели верхнего пояса передаются под небольшим углом к волокнам древесины.
Об этом свидетельствует анализ результатов статических расчетов ферм пролетом 18 м. Для иллюстрации соотношений усилий в крайних раскосах, в нижних поясах конструкций и прогибов в коньке построены гистограммы (рис. 2.6). Так, в схеме А в крайних раскосах действует растягивающее усилие, а в схемах Б и Д - сжимающие усилия. Причем в схеме Д усилие в 1,89 раза меньше, чем в схеме Б. Усилие в нижнем поясе в схеме Д в 1,29 раза меньше, чем в схеме А.
Прогиб конька при расчетной нагрузке в схеме Д в 3,46 раза меньше, чем в схеме А и в 6,7 раза меньше, чем в схеме Б. В связи с изложенным схема Д была принята для дальнейшей конструкторской проработки. Заметим также, что ее аналогом является трехгранная сталежелезобетон-ная панель [1].
Обратимся к результатам опытно-конструкторской работы. Пространственная трехгранная деревометаллическая блок-ферма (марка ТБФД-18.3РУ) (рис. 2.7) разработана до стадии альбома рабочих чертежей [222, 223].
Конструкция (рис. 2.8) имеет пролет 18 м, ширину 3 м и включает в себя П-образный верхний пояс из однотипных, крупноразмерных плит; регулярно расставленные по длине конструкции раскосы из брусьев; нижний пояс из стальных стержней с круглым сечением.
Каждую плиту образуют каркас из основных деревянных ребер, расположенных в нижней части поперечного сечения и раскрепленных по торцам диафрагма ми; прикрепленная к ним сверху обшивка. Последняя склеена из деревянных щитов, причем продольные оси досок ориентированы под углом 45 к пролету. В верхней части сечения плит обшивку подкрепляют вспомогательные поперечные дощатые ребра. Между вспомогательными ребрами на обшивку укладывается утеплитель из полистирольного пенопласта марки ПСБ. Гидроизоляцию покрытия устраивают из трех слоев рубероида по выравнивающему слою из стеклоткани. Диафрагмы поставлены между основными ребрами в сечениях, совпадающих с узлами сопряжений верхнего пояса с раскосами (рис. 2.9, 2.10).
Узлы нижнего пояса расположены на параболе, благодаря чему обеспечено рациональное плавное распределение усилий по длине поясов конструкции. Стержни нижнего пояса имеют по концам V-образные разветвления для сопряжения с основными ребрами верхнего пояса. Поперечные, по отношению к продольной оси конструкции, усилия воспринимают деревянные распорки, предусмотренные в указанных разветвлениях (рис. 2.11). Приопорные стержни нижнего пояса напрямую соединяют опорные узлы с его средним стержнем (рис. 2.12). При этом, крайние нижние узлы раскосов подвешены к нижнему поясу растянутой стальной стойкой (рис. 2.13).
Узлы сопряжения нижних концов раскосов в крайних и средней частях пролета конструкции запроектированы взаимозаменяемыми, а их решение принято по [190]: используемый здесь узловой элемент включает в себя отрезок трубы, к которому по бокам прикреплены электросваркой два стержня, снабженные на свободных концах фасонками с отверстиями под болты.
Как вариант блок-фермы марки ТБФД-18.3РУ, разработана трехгранная деревометаллическая блок-ферма марки (БФТ-12-3) (рис. 2.14). Она имеет пролет 12 м, ширину 3 м, строительную высоту в середине пролета 2,52 м, и запроектирована под нагрузки IV-ro снегового и Ш-го ветрового районов.
Влияние геометрических и статических параметров на напряженно-деформированное состояние ребристых плит с дощатой обшивкой
Анализ состояния экспериментальных и теоретических исследований в области конструирования и расчета плит и панелей с деревянными каркасами и дощатыми обшивками выявил, что наиболее близкими по тематике идей и творческих разработок к данному исследованию является работа [139]. Однако, в связи с тем, что объектом изучения в ней являлись отдельные плиты, с фиксированными параметрами, то в результате не установлены закономерности факторов, влияющих на величину эффективно работающей части таких обшивок.
В инженерной практике для определения напряжений в конструкциях, аналогичных плитам верхних поясов блок-ферм, обычно принято действительную ширину обшивки заменять уменьшенной с таким расчетом, чтобы при использовании элементарных теорий изгиба и сжатия значения наибольших напряжений для преобразованного и действительного сечений оказывались равными (рис. 3.1, а).
Как известно, эту уменьшенную ширину обшивки называют приведенной (к расчетной величине). Для удобства расчетов ее принимают такой, чтобы при равномерном распределении нормальных напряжений обеспечивалась та же доля участия обшивки в работе всей плиты, какую она имеет при действительном, неравномерном распределении напряжений. То есть, чтобы суммарное усилие в действительной обшивке было равно суммарному усилию в уменьшенной (редуцированной).
В этом случае, пространственная пластинчатая система в расчете условно заменяется стержнем двутаврового или таврового сечения (рис. 3.1, б). Ширина полок устанавливается при помощи редукционного коэффициента, характеризующего степень неравномерности распределения нормальных напряжений по ширине обшивок реальных плит: где о и omax - среднее и максимальное значения нормальных напряжений, действующих вдоль пролета плиты, в обшивке в исследуемом поперечном сечении; о нормальное напряжение в точке поперечного сечения обшивки; В - ширина обшивки.
В [63] был предложен вид формулы представляющей собой произведение базового редукционного коэффициента и поправочных коэффициентов, учитывающих влияние на его величину различных факторов. К последним относятся геометрические параметры, вид напряженного состояния плиты и анизотропность материала обшивки. Поскольку при таком строении формулы, с одной стороны, существенно упрощается математический вид зависимостей, а с другой - полностью применяется идеология метода расчета по предельным состояниям, то автор счел целесообразным распространить его и на редукционный коэффициент дощатых обшивок. В этом случае коэффициент приведения ширины обшивки к расчетной величине в докритиче-ской стадии работы имеет следующий вид: где: К5аз - редукционный коэффициент плиты, параметры которой приняты за базу; kL -поправка по величине пролета, L; ка - поправка по величине шага основных ребер, a; ks - поправка по толщине обшивки, 8; kv - поправка по степени ортотропности древесины обшивки (v = ——; Е.иЕ , - модули упругости древесины вдоль и поперек волокон); kVK - поправка по конструктивной анизотропии обшивки (обусловлена углом между осью досок обшивки и продольной осью плиты); к ., - поправка, учи По сравнению с [64], необходимость введения в формулу поправочного коэффициента kVK обусловлена тем, что, как отмечалось в [139], в зависимости от испол нения каркаса плиты доски в обшивке могут быть ориентированы вдоль продольной оси конструкции или под углом а к ней («косая» или «в елочку»); кн- поправка, учитывающая изменение напряжений в обшивке от высоты колонн при осадке опор (учитывающая влияние кручения конструкции).
Для установления упомянутых зависимостей поправочных коэффициентов по результатам статических расчетов были вычислены значения редукционных коэффициентов. В пределах серии задач с одним варьируемым параметром находили значения коэффициента поправки по формуле
Эксперимент с блок-фермой пролетом 30 м
На рис. 4.1 показаны схемы расстановки приборов на блок-ферме. Подготовка блок-фермы пролетом 30 м к испытанию показана на рис. 4.2.
Блок-ферму нагружали за одну ступень тарированными по весу бетонными блоками со средней массой 400 кг. Для распределения давления грузов равномерно по длине поперечных ребер верхнего пояса использовали прокладки из досок.
В соответствии с дополнениями к договору № 80 от 1 декабря 1998 года о содружестве между АК «Енисейлес» и КрасГАСА исполнители были обязаны вернуть инвестору в целости опытный образец конструкции БФТ-30-3, изготовленный в натуральную величину. В связи с этим исследования работы блок-фермы БФТ-30-3 провели в две стадии: - испытание блока пролетом 30 м; - статический эксперимент с плитой верхнего пояса.
В целом нагрузка на опытную блок-ферму была статической равномерно-распределенной по всему пролету интенсивностью величиной в 1/4 от расчетной.. Утеплитель в верхний пояс не укладывался. Величина интенсивности нагрузки в ступени равна 1,44 кПа.
После испытаний блок-ферма была демонтирована. Дальнейшие исследования проводили в статических экспериментах с плитой (размеры в плане 3,0x7,7 м) верхнего пояса. Изучалась работа приопорной плиты верхнего пояса блок-фермы, как наиболее напряженной. Степень включения дощатой обшивки в общую работу основных ребер каркаса оценивали для расчетного сечения, воспринимающего максимальные изгибающие моменты. Плита была установлена на железобетонные блоки.
В расчетном сечении плиты деформации измеряли в 18 точках обшивки рис. 4.3. Кроме этого, в указанном сечении тензорезисторы были наклеены на основные ребра рис. 4.4. Количество использованных в испытаниях приборов приведено в табл. 4.1.
Нагружение плиты производили тарированными по весу бетонными блоками со средней массой 110 кг. Грузы в экспериментах укладывали равномерно по длине плиты на разреженный настил из досок, устроенный по поперечным ребрам. Всего было приложено 4 ступени нагрузки до достижения интенсивности расчетной нагрузки. В таблице 4.2 приведены значения нагрузки по ступеням загружения.
В связи с геометрическим подобием конструкций, а также одинаковыми техническими решениями узлов автор счел возможным построить эксперимент следующим образом: - блок-ферму пролетом 18 м подвергнуть технологическому эксперименту; а - конструкцию пролетом 12 м подвергнуть статическим испытаниям .
Подготовка блок-фермы пролетом 12 м с обшивкой верхнего пояса из плоских асбестоцементных листов к испытанию показана на рис. 4.6.
В расчетном сечении плиты (середина ее длины) деформации измеряли в 13 точках обшивки. Кроме этого, в указанном сечении тензорезисторы были наклеены на основные ребра. Схемы размещения приборов показаны на рис. 4.7 - 4.9. Количество использованных в испытаниях приборов приведено в табл. 4.3.
Нагружение образца марки БФТ-12-3 производили гидравлическими насосными станциями с помощью распределительных стальных балочных клеток. До начала эксперимента конструкцию загрузили пробной обкаточной нагрузкой величиной в 1/4 от расчетной. В эксперименте блок нагружали симметрично на оба ската сосредоточенными силами, приложенными к второстепенным ребрам плит верхнего пояса в четвертях их длины. Величины фактической и эквивалентной нагрузок по ступеням приведены в таблице 4.4.
Испытания пространственных совмещенных блок-ферм проведены в полном соответствии с вышеизложенной методикой.
Для обработки результатов экспериментов определяли модули упругости древесины, асбестоцемента и стали. Образцы отбирали из основных элементов в зонах расположения тензорезисторов после проведения испытаний. Значения упругих характеристик приведены в таблице 5.1.
Влажность деревянных элементов конструкций на период испытаний составляла 14 %.
В дальнейшем, при определении напряжений, действующих в обшивке, приняты те же индексы модулей упругости и напряжений, что и в численных исследованиях: ось Y соответствует направлению вдоль блок-фермы (вдоль волокон древесины), ось Х-поперек.
Деревянные элементы блок-фермы изготавливали в АК «Енисейлес». Для изготовления элементов блок-фермы использовали пиломатериал, получаемый в результате продольной распиловки бревен на лесопильных рамах. Доски укладывали в пакеты сплошными горизонтальными слоями на прокладках сечением 25 х 40 мм. Во избежание искревления досок прокладки располагали строго вертикально с шагом 0,45 м. Конвективная сушка сформированных штабелей длиной 2,25 м и высотой 1,8 м осуществлялась в три этапа: - атмосферная сушка совмещалась со складированием упомянутых штабелей и выравнила влажность до 25 - 30%, что сокращало сроки камерной сушки и позволило применить высокопроизводительные сушильные камеры германского производства с автоматическими режимами;
