Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕЩОВАНЙЯ
ТОНКОСТЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СЕКТОРИАЛЫШХ ОБОЛОЧЕК ПОЛИГОНАЛЬНЫХ В ПЛАНЕ
Основные конструктивные решения .... 10
Способы изготовления оболочек 16
Методы расчета секториальных оболочек 18
Цели и задачи исследований . 27
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
КОНСТРУКЦИЯ МОДЕЛЕЙ
Исследование формообразования сложных поверхностей 29
Исследование процесса погиба плоских све-жеотфорыованных плит 36
Выбор, конструкция и изготовление моделей оболочек 40
Определение физико-механических характеристик материалов моделей 53
Стенды для испытания моделей, загрузочные устройства, приборы и оборудование ... 56
Испытание моделей оболочек ....... 61
2.7. Выводы и рекомендации 67
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
МОДЕЛЕЙ ОБОЛОЧЕК
3.1. Напряженно-деформированное состояние моде
лей «А-1п, ИА-2П 68
Стр. ЗД.І. Загружение равномерно распределенной
нагрузкой . . 68
3.1.2. Загружение равномерно распределенной
нагрузкой половины оболочки 78
3.1.3. Загружение треугольной нагрузкой ... 83
ЗД.4. Загружение горизонтальной нагрузкой 91
Основные результаты экспериментальных исследований моделей типа "А" 95
Напряженно-деформированное состояние модели "С" 10
Загружение вертикальной нагрузкой . . 1
Загружение горизонтальной нагрузкой 106
3.4. Основные результаты экспериментальных ис
следований модели "С" . . 107
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ СЕКТОРЙАЛЬНЬІХ ОБОЛОЧЕК ПОЛИГОНАЛЬНЫХ В ПЛАНЕ
4.1. Расчет секториальных оболочек типа "Аи
методом предельного равновесия НО
Расчет на действие сосредоточенных сил III
Расчет на действие равномерно распределенной нагрузки 119
Упрощенный расчет 121
4.2. Расчет секториальной оболочки типа "Ап
в радиальном направлении 121
Расчет модели оболочки ИА-2И 126
Расчет секториальных оболочек типа "С методом предельного равновесия ..... 132
4.4.1. Расчет на действие сосредоточенных сил 132
_ 4 -
Стр.
4.4.2. Расчет на действие равномерно распре
деленной нагрузки 139
Расчет модели оболочки "С" методом предельного равновесия 140
Расчет секториальных оболочек типа "А" методом конечного элемента 141
Геометрия оболочек и рассматриваемые варианты расчета . 141
Основные положения расчета 142
Анализ напряженно-деформированного состояния оболочек 145
ГЛАВА 5. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1. Конструкция секториальной оболочки авто
павильона. Предложения по ее изготовлению
и проектированию 163
5.2. Конструкция конической волнистой оболочки
из сталефибробетона. Предложения по ее
изготовлению и проектированию 169
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 172
ЛИТЕРАТУРА Г75
Введение к работе
Технический прогресс выдвигает перед строителями требования без выполнения которых немыслим дальнейший рост капитального строительства. Основные из них - снижение веса, трудоемкости изготовления и стоимости строительных конструкций; увеличение перекрываемых пролетов; полноценное использование достижений строительной механики, технологии строительных материалов, технологии возведения сооружений.
В мировой строительной практике достигнуты значительные успехи в развитии и осуществлении пространственных конструкций покрытий в виде тонкостенных железобетонных оболочек. Применяемые типы плоскостных покрытий характеризуются относительно большим собственным весом и расходом материалов на I м* перекрываемой площади. В связи с этим разработка и внедрение новых прогрессивных конструкций покрытий, позволяющих улучшить архитектурно-планировочные решения, сократить расход строительных материалов и снизить собственный вес покрытия, приобретают исключительно важное значение.
Многообразие форм покрытий в виде оболочек вытекает из запросов архитектуры. Разрабатываются геометрические формы в виде пологих или подъемистых эллипсоидов и параболоидов вращения, стрельчатых куполов, сферических оболочек. С другой стороны, такие формы оболочек возможны лишь при круговом, полигональном или даже треугольном очертании плана здания.
Для успешного осуществления архитектурного и инженерного замысла необходимо учитывать две основные закономерности: связь между формой и несущей способностью, определяющую выбор материалов, их расход и удельный вес затрат на материалы в общей стой-
мости конструкции; связь между формой и технологией, определяющую потребность в рабочей силе и средствах труда.
Взаимосвязь формы конструкции и ее несущей способности претерпевает постоянные изменения по мере совершенствования знаний о свойствах материалов, благодаря появлению новых материалов и развитию методов расчета. Трудоемкость и стоимость конструкции должны быть по возможности минимальными. Поэтому форму конструкции, при соблюдении требований к ее несущей способности, необходимо тесно увязывать с возможностью механизации всех рабочих операций.
Современное развитие строительной механики, ориентирующейся на широкое использование математических методов, сделало возможным расчет весьма сложных пространственных конструкций. При этом идеализируется поведение материалов, не учитываются условия изготовления. Такая абстракция была и остается необходимой: важно, чтобы она не вступала в противоречие с реальными свойствами материалов.
Аналитические методы расчета существенно дополняются, а отчасти и заменяются исследованием моделей конструкций. Успехи, достигнутые в последние годы в теории и экспериментальном исследовании пространственных конструкций, способствовали совершенствованию представлений о связях между формой и несущей способностью конструкции, выяснению многообразия этих связей и возможности их качественной оценки.
Большой архитектурной выразительностью обдадают секториаль-ные оболочки полигональные в плане. В настоящее время предпочтение получили формы, образованные сопряженными оболочками нулевой и положительной гауссовой кривизны. Отдельные сооружения, отличающиеся архитектурной выразительностью, изяществом и смелостью конструктивного решения, свидетельствуют о том, что воз-
мокности создания многогранных, складчатых и волнистых купольных покрытий весьма разнообразны и еще далеко не исчерпаны. Применяют такие купола и для сооружения "малых форм", где это обусловлено не столько необходимостью перекрытия значительных пролетов, сколько стремлением к созданию архитектурно выразительного сооружения.
Однако, в силу ряда причин секториальные оболочки не нашли достаточно широкого применения в практике строительства. Среди основных причин можно назвать высокую трудоемкость работ и необходимость применения дорогостоящей криволинейной опалубки.
Возникает необходимость в разработке таких конструкций, которые, минуя существующие недостатки, могли бы быть рекомендованы для массового строительства. При этом задача экспериментального и теоретического исследования работы секториальных оболочек, вопросы технологичности являются по-прежнему актуальными.
Основное внимание в диссертационной работе уделено задачам исследования напряженно-деформированного состояния секториальных оболочек двух типов на моделях при действии вертикальных и горизонтальных нагрузок, выявлению схем излома, а также разработке методики расчета их несущей способности по методу предельного равновесия. В задачу исследований входило: разработка конструктивных решений секториальных оболочек, исследование процесса погиба плоских свежеотформованных плит и формообразования сложных поверхностей; исследование напряженно-деформированного состояния моделей оболочек в упругой стадии и с учетом трещино-образования, изучение влияния некоторых геометрических и физико-механических характеристик на напряженно-деформированное состояние секториальной оболочки в упругой стадии на основании расчетов методом конечного элемента; разработка рекомендаций по технологии изготовления криволинейных элементов и проектирова-
нию секториальных оболочек, полигональных в плане.
Научная новизна работы состоит в экспериментально-теоретических исследованиях железобетонных секториальных оболочек при действии равномерно распределенной вертикальной и сосредоточенной горизонтальной нагрузках. Для изготовления конических элементов этих оболочек впервые используется идея погиба плоского свежеотформованного армированного бетонного листа на гибкой опалубке под действием собственного веса. Разработана методика оценки несущей способности секториальных оболочек методом предельного равновесия при действии равномерно распределенной и эквивалентной ей сосредоточенной нагрузках.
Практическое значение работы состоит в том, что в результате проведенных исследований даны экспериментально обоснованные предложения по изготовлению криволинейных элементов, конструированию, расчету секториальных оболочек методом предельного равновесия, разработаны алгоритмы и программы расчета несущей способности оболочек на алгоритмическом языке "БЭЙСИК" для ЭВМ М-6000. Результаты работы использованы НЙЙЖБ и КГБ НИИЕБ при проектировании и разработке рабочих чертежей автопавильона в г. Алма-Ате, а также НИИЖБ и Ленинградским проектным институтом ЛенПСП при разработке технических решений складов сыпучих материалов, емкости которых выполнены в виде конических волнистых оболочек.
Работа состоит из введения, пяти глав и общих выводов. В первой главе изложено современное состояние вопроса, касающегося расчета, конструирования и изготовления секториальных оболочек, определены цели и задачи исследования.
Во второй главе дается методика экспериментальных исследований и конструкция моделей оболочек.
Третья глава посвящена анализу напряженно-деформированного состояния моделей по результатам экспериментальных исследований.
В четвертой главе рассматриваются расчеты секториальных оболочек с использованием ЭВМ в упругой стадии с использованием МКЭ, и по предельному равновесию. Анализируются результаты расчетов в сравнении с экспериментальными.
В пятой главе даны предложения по расчету и проектированию секториальных оболочек, криволинейные конические элементы которых изготовлены методом погиба.
Заключение содержит основные выводы диссертационной работы.
Работа выполнена под руководством доктора технических наук В.В. Шугаева в лаборатории пространственных конструкций НИИЖБ Госстроя СССР.
