Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА ПЕРВАЯ. Обзор исследований и методов расчета узлов из замкнутых гнутосварных прошей 11-36
1.1. Узлн с примыканием к грани профиля одного стержневого элемента 11-16
1.2.К-образные узлы 16-22
1.3.Методы расчета узлов 22-35
1.4.Выводы 35-36
ГЛАВА ВТОРАЯ. Определение напряжешо-двфоидированного состояния замкнутого нрошля при приложении к грани локальной нагрузки 37
2.1.Выбор расчетной схемы замкнутого профиля 37-38
2.2. Напряженно-деформированное состояние профиля при действии на грань сосредоточенной силы 38
2.2.1.Основные уравнения и граничные условия 38-41
2.2.2.Определение перемещении 41-44
2.2.3.Определение моментов и перерезывающих сил 44-52
2.3. Обобщение и реализапия решения для локаль ного нагружения грани профиля 52
2.3.1.Алгоритм расчета 52-54
2.3.2.Затружение профиля локальной нагрузкой равномерно распределенной по площадке 54-60 2.3.3.Анализ влияния геометрических параметров расчетной схемы 61-64
2.4. Выводы 64-65
ГЛАВА ТРЕТЬЯ. Исследование напрязшшо-дбфоилиюванного состояния узлов из замкнутых гнутосварных прошлей 66
3.1. Методы исследования 66-68
3.2. Напряженно-деформированное состояние узлов сопряжения замкнутых гнутосварных профилей с ребрами 68
3.2.1.Напряженно-деформированное состояние узлов с поперечными ребрами 68-78
3.2.2.Напряженно-деформированное состояние уз лов сопряжения продольных ребер с замкну тым гнутосварным профилем 78-84
3.3. Напряженно-деформированное состояние узлов ферм из замкнутых гнутосварных профилей 84
3.3.1.Описание исследуемых узлов 84-86
3.3.2.Напряженно-деформированное состояние элементов решетки 86-91
3.3.3.Распределение контактной нагрузки в узлах из замкнутых гнутосварных профилей 91-95
3.3.4.Напряженно-деформированное состояние пояса в узлах ферм из замкнутых гнутосвар ных профилей 95-99
3.4. Узел подстропильной фермы 99-107
3.5. Узел связи Ю7
3.5.1.Напряженно-деформированное состояние пояса фермы в зоне крепления связи 107-109
3.5.2.Напряженно-деформированное состояние соединения фланца с гнутосварным профилем
связи I09-II7
3.6. Выводы .».. II7-II8
Глава четвертая. Эксперементальные исследования . 119
4.1. Деформированное состояние прорля при затрушений грани локальной нагрузкой . II9-I2I
4.2. Исследование напряженно-деформированного состояния узлов фермы под прогонное покрытие 121
4.2.1. Описание эксперимента и исследованной конструкции I2I-I24
4.2.2. Узел опирання прогона 124-127
4.2.3. Узел крепления монорельсовых путей . 127-135
4.3. Исследование узлов типовой фермы Молодечненского завода легких металличес ких конструкций 135
4.3.1. Особенности исследования ферм в составе блока покрытия 135-138
4.3.2. Анализ результатов исследования узлов . 138-147
4.4. Выводы 148
5.1. Несущая способность узлов с ребрами . 149-152
5.2. Несущая способность соединения элемента решетки с поясом фермы 152-158
5.3. Жесткость узлов ферм 158-166
5.4. Выводы 166
Основные выводы 167-168
Литература
- Узлн с примыканием к грани профиля одного стержневого элемента
- Напряженно-деформированное состояние профиля при действии на грань сосредоточенной силы
- Напряженно-деформированное состояние узлов сопряжения замкнутых гнутосварных профилей с ребрами
- Деформированное состояние прорля при затрушений грани локальной нагрузкой
Введение к работе
Применение замкнутых гнутосварных профилей для легких конструкций покрытий отвечает решению проблем в области капитального строительства, поставленных ХХУІ съездом КПСС,в соответствии с которыми необходимо: преимущественное развитие производства изделий, обеспечивающих снижение металлоемкости, стоимости и трудоемкости строительства, веса зданий, сооружений /I/.
Эффективность применения замкнутых гнутосварных профилей в фермах обеспечивается преимуществами работы тонкостенных замкнутых сечений на продольный и поперечный изгиб и простотой конструктивных решений соединений. Причем два указанных преимущества вступают в противоречие в большинстве узлов ферм из-за небольших усилий в элементах решетки требующих изменения их сечений, уменьшение которых приводит к необходимости более точной оценки напряженно-деформированного состояния узлов.
Напряженно-деформированное состояние узлов ферм из замкнутых гнутосварных профилей без усиливающих элементов определяет деформативность этих конструкций, распределение изгибающих моментов, расчетные длины стержней и в конечном, счете,несущую способность в целом. С целью создания методов расчета узлов в СССР и за рубежом было проведено большое количество экспериментально-теоретических исследований /1-72/. Сущность большинства инженерных методов расчета заключается в сочетании экспериментальных данных для конкретных узлов с расчетными предпосылками различной степени приближения. Методы расчета узлов, используемых в инженерной практике не позволяют оценить количественно напряженно-деформированное состояние. Необходимо отметить, что определение напряженно-деформироваиного состояния узлов ферм связано с особенностями работы тонкостенных профилей, материала конструкций и сварных швов, условиями сложного напряженного состояния в областях с локальным нагружением, конструктивными особенностями узловых соединений /сложная геометрия, сопряжения элементов,сварные швы, технологические несовершенства и т.д./,с нелинейной работой материала в локальных областях. Очевидно, что теоретическое решение напряженно- деформированного состояния узлов весьма сложно и в упругой стадии их работы. Количественная оценка напряженно-деформированного состояния узлов в упругой стадии необходима для конструкций, работающих при низких темпегратурах, при. наличии динамических и вибрационных нагрузок, а также, для узлов, передающих локальные нагрузки от подвесного оборудования, элементов связей, прогонов, для безраскосных систем, где развитие упруго-пластических деформаций приводит к изменению расчетных схем..
Целью настоящей диссертационной работы является исследование на пряже нно-деформирова иного состояния узлов ферм из замкнутых гнутосварных профилей с учетом их конструктивных особенностей и построение на основе теоретических исследований инженерных методов расчета, определяющих несущую способность узлов по появлению упруго-пластических деформаций.
В соответствии с этим поставлены задачи:
Исследовать напряженно-деформированное состояние узлов крепления простейших элементов - рёбер, уголков, накладок,фланцев к замкнутым гнутосварным профилям.
Исследовать методом конечного элемента, методами теории тонких пластинок с применением дельта функций, экспериментальными методами узел опирання прогонов, бесфасоночные узлы ферм из замкнутых гнутосварных профилей.
Разработать инженерные методы расчета узлов на основании результатов численных исследований,выполненных с применением теории планирования эксперимента.
Выполнить анализ напряженно-деформированного состояния отдельных узлов и дать рекомендации по их расчету и конструированию.
Научная новизна работы:
разработана методика и программа для расчета напряженно-деформированного состояния замкнутого, четырехгранного профиля на локальную нагрузку на основании теории тонких пластинок с использованием дельта функции для описания нагрузок, позволяющая учесть размеры площадок нагружения исследовано напряженно-деформированное состояние узлов сопряжения ребер, накладок, фланцев с замкнутыми гнутосварными профилями в зоне узла фермы и вне его с помощью метода конечного элемента и теории тонких пластинок с использованием дельта функции.
Практическое значение работы:
На основе результатов исследования напряженно-деформированного состояния разработана инженерная методика расчета узлов сопряжения ребер с замкнутыми гнутосварными профилями.
Выполнен анализ напряженно-деформированного состояния элементов узла подстропильной фермы, узла связи и даны рекомендации по их расчету и конструированию.
Предложена методика расчета несущей способности соединения элемента решетки с поясом фермы на основании результатов численных исследований с применением теории планирования эксперимента .
Получены инженерные формулы для расчета жесткости бесфа-соночных узлов ферм из замкнутых гнуто сварных профилей на основании результатов численных исследований с использованием теории планирования эксперимента. Предложена методика расчета узлов ферм из замкнутых гнутосварных профилей, позволягощая определить напряженно- деформированное состояние пояса фермы с помощью твории пластинок и установить гранипу его упругой работы.
Предложен алгоритм расчета и разработана программа, позволяющая определять напряженно- деформированное состояние четырехгранных призматических систем из пласзинок,применяемых в различных областях техники,при натружении их локальными нагрузками.
На защиту выносятся:
- методика расчета напряженно-деформированного состояния, узлов из замкнутых гнутосварных профилей;
- результаты теоретических исследований напряженно-деформированного состояния узлов из замкнутих гнутосварных профилей;
- результаты экспериментальных и теоретических исследований узла опирання прогона,узла крепления монорельсовых путей, К-образных узлов ферм из замкнутых гнутосварных профилей;
- инженерные методы расчета узлов сопряжения рёбер и жёсткости узлов соединений ферм,а также несущей способности соединения элементов решетки с поясом;
- результаты исследования напряженно-деформированного состояния и рекомендации по расчету и конструированию узла подстропильной фермы,узлов связей.
Структура и объем работы:
Лдссертандя объемом 212 стр. состоит из введения,пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 72 наименования, и 3 приложений.
Работа содержит 121 стр. машинописного текста, 9 таблиц и 67 рисунков.
Реализация работы: Работа выполнялась в соответствии с ниже перечисленными научно-техническими проблемами и результаты исследований включены в следующие научно-технические отчеты,.в которых автор фигурирует в качестве исполнителя или ответственного исполнителя:
"Разработать и внедрить конструкции индустриального изго -товления из гнутосварных замкнутых профилей прямоугольного сечения для производственных зданий, а/ Провести испытания головных образцов конструкций из гнуто сварных профилей,изготовленных на поточной линии ЗЖ", РГос.рег. 80072703 - Научно-техническая проблема 0.55.05. "Создать и внедрить новые типы легких строительных конструкций из эффективных материалов, а также технологию и оборудование для их изготовления на механизированных поточных линиях, обеспечивающих сникение материалоемкости, повышение производительности труда,уровня индустриализации и качества строительства",
" Провести научно-исследовательские работы по совершенствованию существующих типов ферм из гнутосварных замкнутых профилей с учетом блочного монтажа покрытий и конвейерной сборки и разработать: -методы расчета узловых соединений ферм."РГос.per. 01822063682 .Целевая комплексная научно-техническая проблема 0.55.16. Ц.02.03.01.02.СП.
"Разработать технические решения легких эффективных металлических ферм покрытий из замкнутых гнутосварных профилей для неотапливаемых зданий." № Го с.ре г. 810019799. Республиканская тучно-техническая проблема БССР - 55.01р - "Разработать и внедрить новые эффективные строительные конструкции и высокомеханизированные технологические линии для их производства, обеспечивающие снижение материалоемкости зданий и сооружений на 15-30$, энергозатрат на 10-15$ и повышение производительности труда в 1,2 - 1,3 раза."
Апробация работы:
Результаты исследований были доложены на :
I. Шучно-технической конференции Белорусского политехнического института 2 февраля 1983 г.
2.На 42 научно-технической конференции Московского инженерно-строительного института им. В.В.Куйбышева 15 апреля 1983г.
3. На восьмой научно-технической конференции молодых специалистов Всесоюзного объединения "Союзметаллостройниипроект" на, Молодеченском заводе легких металлических конструкций 13 ноября 1983 г.
4. На научно-технических конференциях Брестского инженерно-строительного института в 1979 83 г.
5. На научных семинарах кафедры металлических конструкций Московского инженерно-строительного института им. В-.В.Куйбышева в 1979 г, и 1982 г.
Узлн с примыканием к грани профиля одного стержневого элемента
Узлы подобного вида применяются в конструкциях ферм,сквозных колонн, каркасах многоэтажных зданий /2,14,25,50,51/. По очертанию их подразделяют на Т, У-образные и крестообразные (рис. 1-І),
В СССР исследования статической прочности этих узлов выполнялись в I96I-I968 годах в Институте Электросварки им.Б.О.Патона АН УССР В.И.Новиковым и Э.Ф.Гарфом /8,33,34/. Исследования выполнялись с целью определения влияния соотношения геометрических размеров на их несущую способность. В T-образных узлах сечения пояса было принято равным 160x100x4 мм,а отношение поперечного размера сечения стойки к ширине пояса р (рис.1-1) изменялось в пределах 0,62 4- 1,00. Было установлено, что при полуразности ширины пояса и стойки 6 20 мм, что соответствует отношению ширины стойки к ширине грани пояса р - 0,75-, несущая способность узла изменяется мало. Резкое увеличение несущей способ -ности т -образных узлов наблюдается при 0,75.При исследовании влияния отношения пролета грани Я, пояса к ее толщине і было сделано заключение, что при a/i = 20 55, оно незначительно влияет на несущую способность узлов. При изучении напряженно-деформированного состояния узлов было отмечено, что поперечные стенки раскосов не передают вертикальную нагрузку на пояс. Лишь для узлов с =І, в упруго-пластической стадии их работы, было установлено, что небольшая часть нагрузки начинает перераспределяться на поперечные стенки,что приводит к резкому ухудшению эксплуатационных качеств узла /33/. Работа только продольных стенок на осевую нагрузку IVc в стойке приводит к неравномерному распределению напряжений в сечении, которые выравниваются на расстоянии ширины сечения раскоса от линии контакта с поясом / 33,34/. При исследовании У-образных узлов отмечено,что с уменьшением угла наклона раскоса их несущая способность увеличивается /8/. Авторы /33,34/ установили, что нормальные напряжения в поясе от продольных сил при значениях их меньших,чем предел текучести, не оказывают заметного влияния на несущую способность узлов. Исследования узлов подобного типа были продолжены в ЦНИИПСКа И.В.Левитанским и.В.В.Севрюгиным /43/.Был определен коэффициент использования сечения стойки равный отношению среднего значения напряжения в её сечении при разрушающей нагрузке к временному сопротивлению. Для узла с j$ = 0,75 он составил 0,2,...,0,3.
В УралпромстройНИИпроекте Г.Е. Кексом /16/ установлено,что несущая способность крестообразных узлов с растянутыми стойками выше, чем со сжатыми в 1,2,...,2 раза.
При исследовании фрагментов безраскосных ферм в Макеевском ИСИ /22/ была установлена большая концентрация напряжений в углах стоек, следствием которой явились трещины в сварных швах.
Во ВНИКТИСКе /54,55,56/ в целях создания методов расчета изучалось напряжённо-деформированное состояние бесфасоночных узлов различных типов. Т -образные узлы исследовались при следующих соотношениях геометрических параметров: J3 = 0,52 0,9;, a/t = ІЗ 63,, для стойки. i/U = 18 -І 66. В них наблщалось вдавливание пояса под стойкой,выпучивание стенок сжатой стойки,; выпучивание стенок пояса в узле. Было установлено, что доля кон-тактной нагрузки передаваемая щеками стоек изменяется в пределах 0 ?Nc » ..,.I,3Nc. Ла основании этого авторы /55/ пришли к выводу о появлении растягивающих капрякений в поперечной стенке стойки.
За рубежом обширные исследования работы Т-образных и крес-тоотразных узлов были проведены в Канаде /67,68,70/. R.G Redwood /67,68,70/ изучал напряженно-деформированное состояние Т-образных, узлов при fi = 0,2 -ї-0,8. Исследования выполнялись с использованием тензорезисторов с базой 5мм. Было установлено,1 что в Т-узлах наблюдается раннее появление локальных нелинейных деформа -ций, которые не влияют на его несущую способность.
По его мнению, эта особенность поведения узла объясняется возможностью упрочнения материала при многоцикловом нагружении. R. С Redu&ood установил, что при j 0,6 в основном деформи -руются горизонтальная грань пояса в зоне примыкания стойки, а при j$ 0,6 наблюдается деформирование стенок пояса, но при нагрузках, приближающихся к разрушающим. При исследованиях фиксировались границы упругой работы Т -узлов,которые зависят от соотношения ширины стойки к ширине пояса. При J3 = 0,2 0,5 узел работает упруго при нагрузках 0,25 4-0,3 от разрушающей.При 0,б эти величины возрастают вдвое. Устойчивость границы упругой работы узла связана с видом усилия действующим в стойке1. При исследовании работы узла на изгибающий момент устойчивых значений величины нагрузки, при которой узел работает упруго получено не было. При 0,44-0,6 было определено, что несущая способность узла снижается мало. Авторы /67,68,70/ обращают внимание на снижение жесткости узлов при I и отмечают необходимость ее учета при статическом расчете конструкций.
Напряженно-деформированное состояние профиля при действии на грань сосредоточенной силы
Одним из самых распространенных видов разрушения узлов ферм из замкнутых гнутосварных профилей (ЗГСП) является местный изгиб пояса в зоне его сопряжения с различными конструктивными элементами.
Приближенную оценку напряженно-деформированного состояния позволяет дать метод конечного элемента при расчете пояса как коробчатой оболочки,сопряже иной с различными конструктивными элементами. Выявление напряженно-деформированного состояние локальных областей сопряжено с определенными математическими трудностями,связанными с решением больших систем уравнений и требует значительных затрат машинного времени» Причем опреде -лить внутренние усилия в любой точке пояса невозможно. Ikcnpe-деление контактной нагрузки, являющейся интегральной характеристикой напряженно-деформированного состояния и перемещения в узле,можно определить с меньшими затратами машинного времени, используя более крупную сетку конечных элементов.
Представляется возможным исследовать напряженно-деформированное состояние пояса с помощью расчетных схем,описывающих его как систему тонких пластинок загруженных локальными нагрузками и являющимися составляющими контактного воздействия направленного по нормали к грани пояса по контуру его сопряжения с конструктивными элементами / 4,46/.
При определении напряженно-деформированного состояния замкнутого гнутосварного профиля его расчетную схему принимаем в в виде четырехгранного замкнутого контура образованного четырех-пролетной тонкой неразрезной пластинкой, имеющей опоры в его углах (рис. 2.1). По торцам (коротким сторонам) пластинки грани контура имеют шарнирные опоры.
Приняты следующие предпосылки и допущения: - грани контура взаимно ортогональны:; - доминирующее значение имеют напряжения от моментов, мембранные напряжения не учитываются - опоры в углах контура являются несмещаемыми;
Для расчета напряженно-деформированного состояния замкнутого контура при действии системы сил, приложенной к одной из граней, предложен алгоритм, приведенный на рис.2-2.Алгоритм реализован ввиде программы ТСП" на языке ЇЇЛ-І в системе ОС применительно к ЭВМ ЕС. Программа "ГСП" приводится в приложении.
Используя данную программу, можно определять перемещения, изгибающие и крутящие моменты, перерезывающие силы в любых точках замкнутого коробчатого контура.
Вычисления выполняются для любого заданного числа т членов ряда, удерживаемых при решении -задачи.Ограничения накладываются только транслятором ГОІ-І и техническими возможностями ЕС ЭВМ.
Так как решение реализовано для замкнутого коробчатого контура произвольной геометрии, то с помощью программы "ГСП" можно определять напряженно-деформированное состояние пласти -нок с различными граничными условиями. Задав боковым и нижней граням замкнутого коробчатого контура достаточно малую толщину, имеем шарнирно опертую верхнюю грань. Задав боковым и нижней грани большую толщину, имеем защемленную верхнюю грань.
На рисунках ( 2-3 2-5) приведено сравнение с /49/ полу -ченных результатов определения напряженно-деформированного состояния шарнирно опертой и защемленной пластинок. По перемещениям в точке приложения сосредоточенной силы имеем удовлетворительное соответствие с /49/ для рассмотренных случаев. По изгибающим моментам для защемленной пластинки имеем также удов -летворительное соответствие вне точки приложения силы. На ри -сунках ( 2-3,2-4, 2-5) приведены результаты определения пере -мещений и изгибающих моментов для ряда сечений замкнутых коробчатых контуров различной геометрии.
Определим напряженно-деформированное состояние шарнирно-опертой по четырем сторонам стальной пластинки,нагруженной в центре нагрузкой F (рис.2-8), Вычисления выполняем по прог -рамме "ГСП", игнорируя члены рядов с дельта функцией и ее производными во избежание получения бесконечно больших значений в точке приложения силы. По перемещениям имеем удовлетворительное соответствие с /49/.удерживая при решении число членов рядов с т= 3 (рис. 2-6).При Ш- 3 перемещения в точке приложения силы F изменяются незначительно. Для точек на оси ХІ значения изгибающих моментов Мх и Му. равны, что соответствует /49/ для случаев нагружения пластинки локальной нагрузкой,распределенной по круглой площадке с размерами,значительно меньшими пролета.
Напряженно-деформированное состояние узлов сопряжения замкнутых гнутосварных профилей с ребрами
Исследование напряжённо-деформированного состояния узлов выполнялось методом, конечного элемента с использованием расчетных схем, изображённых на рис. 3-І. Рёбра нагружались равномерно распределённой по сечению нагрузкой.
Рассмотрим напряжённо-деформированное состояние узла с поперечным ребром шириной 120 мм ,приваренного к грани профиля шириной 140 мм , имеющего стенку толщиной 4 мм при изменении высоты сечения профиля пояса от 180 мм до 60 мм. С уменьшением высоты вертикальной стенки профиля возрастает степень защемления горизонтальной грани пояса, что приводит к уменьшению перемещений (рис.3-2). Следует отметить, что в случае шарнирного закрепления грани профиля, перемещения возрастают в 3 раза, по сравнению со схемой её абсолютно жесткого защемления. Так как в фермах для поясов используются квадратные или прямоугольные сечения с отношением высоты к ширине близкой к рассмотренной выше /41/, то различие в перемещениях в зависимости от степени защемления горизонтальной грани с ребром в вертикальных стенках профиля не превышает 40?« (рис.3-2). Изменение контактной нагрузки (рис.3-3)ещё менее. Изменение максимальных значений изгибающих моментов, определенных методом конечного элемента, в зависимости от изменения высоты сечения пояса при ширине ребра 120 мм составило около 5%.
В зонах у краев поперечных ребер, в поясе и ребрах наблюдается высокая концентрация напряжений, которая должна влиять на напряжённо-деформированное состояние узла в целом, сказываясь на момент появления нелинейных деформаций. В целях уточнения напряженно-деформированного состояния в зонах с высокой концентрацией напряжений были выполнены исследования с помощью упрощённой расчетной схемы, изобрагкённой на рис. 3-1а. Исследование выполнялось в рамках плоской задачи теории упругости, что позволило использовать конечные элементы с размером на порядок меньше, чем в ранее рассмотренной расчетной схеме, и позволило приближённо учесть влияние деформаций в направлении ортогональном срединной поверхности коробчатой оболочки.
Верхняя грань профиля сечением 180x140x4 мм, сопряжённого с ребром шириной 120 мм, разбивалась на 20 слоев. Сетка конечных элементов в поперечном ребре в расчетных схемах (рис.3-І)
Принималась одинаковой. Условием сопоставшдости решений по двум расчетным схемам являлось равенство перемещений по линии контакта поперечного ребра и грани профиля. Изменение перемещений в упрощенной расчетной схеме достигалось за счет изменения длины рамки (рис.3-1а). Исследования были выполнены для поперечных ребер сечением 120x12 мм и 120x3 мм при различной степени защемления грани профиля в вертикальных стенках. Для узла с ребром 120x3 мм при изменении схемы закрепления грани от шарнирной до абсолютно жесткой эквивалентная длина рамки в упрощенной расчетной схеме изменяется в пределах 8,3 11,6 мм. Учет деформаций по толщине грани профиля приводит к увеличению концентрации напряжений. Вертикальная составляющая контактной нагрузки возрастает на I0& (рис.3-4). В 1,5-2 раза возрастают нормальные напряжения в горизонтальном направлении и касательные напряжения.
Для ребер с толщиной 3 мм величина приведенных напряжений в зонах у концов ребер, при изменении условий закрепления грани пояса от шарнирного до абсолютно жесткого, возрастает при учете деформаций по толщине грани в 1,4 - 1,55 раза.. Для поперечных ребер с толщиной 12 мм в этих случаях приведенные напряжения возрастают в 1,66 - 1,9 раза. В узлах с толщиной ребра 3 мм величины приведенных напряжений в зонах с высокой концентрацией в ребре и грани пояса у ребра весьма близки, то есть появления нелинейных деформаций следует ожидать одновременно в ребре и грани пояса. Установлено, что учет деформаций по толщине грани профиля ощущается в ребре на расстоянии, приблизительно равном толщине грани профиля от линии контакта с ребром.
С уменьшением ширины ребра возрастает концентрация напряжений под ребром. На рис.3-5 приведено распределение контакт -ной нагрузки для ребер шириной SO мм, сопрягаемых с профилем.
Деформированное состояние прорля при затрушений грани локальной нагрузкой
Исследовалось деформированное состояние коробчатых оболочек, имеющих квадратное сечение размером 140x140 мм, выполненных из листового полиметилметакрилата со средней толщиной 4 мм. Длина коробчатых оболочек равнялась 560 мм. Листы органического стекла склеивались впритык его раствором в дихлорэтане. По торцам оболочек были, приклеены опорные ребра размерами 144x144x4 мм.
Исследование деформированного состояния оболочки выполнялось при ее нагружении статической нагрузкой, приложенной в геометрическом центре боковой грани в виде сосредоточенной силы. Сосредоточенная сила передавалась на грань оболочки через стальной штамп диаметром 6мм.Нагрузка на штамп передавалась через прикрепленную к нему стальную струну.Стальная струна пропускалась через отверстие диаметром 1,5мм в гранях коробчатой оболочки. Экспериментальные исследования выполнялись на. специальной установке в виде массивной П-образной рамы из клеенной древесины (рис. 4-І).
Для предотвращения возможных колебаний коробчатой оболочки во время нагружения,в виду непараллельности торцов опорных ребер и опорных подкладок,оболочка устанавливалась в пригруженном состоянии на раствор органического стекла.Нагружение модели производилось после полного затвердевания раствора и обрезки выступающих кромок.
Измерения перемещений выполнялись индикаторами часового типа 2ЙШ с ценой деления 0,002мм.Индикаторвг крепились к ме-талической рамке, связанной с П-образной опорной рамой. Коыструкция крепления индикаторов позволяла измерять перемещения в любом сечении коробчатой оболочки. В точке приложения нагрузки измерялись перемещения штампа.
Экспериментальные исследования деформированного состояния были выполнены на трех моделях, причем на гру же кие каждой из моделей выполнялось в четырех вариантах при действии сосредо -точенной силы на каждую из четырех граней. Каждый вариант наг-ружения выполнялся ступенями по 0,01 кН до нагрузки равной 0,05 кН. При нагрузке равной 0,02 кН перемещение штампа равнялось 0,254 + 0,0155 (мм) с надежностью 0,95.
Для сравнения результатов экспериментального исследований с теорией ,разработанной в главе II настоящей рабо ты,были определены физико-механические характеристики материала моделей в соответствии с /11,12,13/. Коэффициент Пуассона материала моделей равнялся 0,282 ± 0,02, модуль упругости 275000 ± 2Ю00МПа. Теоретические значения перемещений вычислялись по программе ГСП при пролетах граней равных 140мм. Для сечения верхней грани оболочки в точке приложения сосредоточенной силы равной 0,02 кН результаты сравнения теории и эксперимента (рис.4-2) вполне удовлетворительные, что подтверждает адекватность расчетной схемы, предложенной в главе II настоящей работы конструкции коробчатой оболочки, нагруженной локальной нагрузкой.
Исследование напряженно-деформированного состояния узлов фермы ФС-І8-2 проводилось в соответствии с программой научно-исследовательской работы " Разработать технические решения лег ких эффективных металлических ферм покрытий из замкнутых гну-тосварных профилей для неотапливаемых производственных зданий". Ш Гос.per. 8I0I9799: раздела 11.02 "Изготовить и испытать опытные образцы металлических ферм покрытий для неотапливаемых зданий" Республиканской научно-технической проблемы БССР 55.01 р "Разработать и внедрить.новые эффективные строительные конструкции и высокомеханизированные технологические линии для их производства, обеспечивающие снижение материалоемкости зданий и сооружений на 15-30 процентов, энергозатрат на 10-19$ и повышение производительности труда в 1,2-1,3 раза".
Ферма ФС-І8-2 (рис.4-3) была разработана лабораторией специальных конструкций института строительства и архитектуры Госстроя БССР. Ферма выполнена из замкнутых сварных профилей и имеет узлы без фасонок. Для поясов и решетки принята сталь 09Г2С гр 12 ТУ 14-1-3023-80.
Особенностями этой фермы, отличающими ее от типовой ФС-18-2,4 серии 1.460.3-14 типа " Молодечно" являются: внеуз-ловая нагрузка от прогонов, уклон верхнего пояса равный 25%, наличие узлов крепления монорельсовых путей без хомутов,значительные узловые эксцентриситеты.
Экспериментальные исследования фермы проводились в вертикальном положении на силовом полу в испытательном корпусе ИСиА Госстроя БССР. Нагрузка на узлы фермы создавалась гидравлическими домкратами. Исследование напряженно-деформированного состояния узлов осуществлялось методом тензометрирования, для чего применялись проволочные тензорезисторы с базой 5 и 10 мм на бумажной основе.
