Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы особую актуальность приобрели етоды расчета, позволяющие достаточно точно оценить несущую способность чествующих конструкций с учетом их фактических физико-механические ірактеристик, начальных и приобретенных несовершенств.
Достижения строительной механики и вычислительной техники являют-[ основой для принципиально новых численных методов расчета строитель->1х конструкций, позволяющих максимально приблизить расчетную схему к юбепностям реальной конструкции.
Наиболее распространенным видом стержневых металлических конст-тсций являются плоские и пространственные фермы с сечениями элементов одиночных и парных уголков (сечения пучкового профиля) используемые [Я покрытия промышленных зданий, устройства опор ЛЭП и т.д. Современная ;тодика оценки несущей способности таких конструкций определяемая ^иПИ-23-81* "Стальные конструкции" допускает ряд упрощений при переде от реальной конструкции к ее расчетной схеме. В частности, допускается, їй малых погонных жесткостях стержней, введение шарнирно-стержневой ззмоментой) расчетной схемы, устойчивость сжатых элементов конструкции ссматривается без учета изгибно-крутильной формы потери устойчивости, и оценке несущей способности сжатых элементов весьма приближенно учи-ваются условия их закрепления и т.д. Л^Іногие из этих упрощений могут при-дти к существенному отклонению расчетных характеристик напряженно-формированного состояния от действительных особенно для стержневых
"ТРМ ^ЛРМЙНТЇЛ КОТОПЇтПС і-ТМЄЮТ ТТПОСГОЯЇ-ТСТРІР'ЇТТТТ-іТР ГРОМСГОРГЧесКИР ї-ТРРОІЇРП—
Это обстоятельство
1"ур\лpilfl ГІГїРТ А/ГТ-ТЛЇНЙТХЛ-Т ИГ*РТТРТТЛДЯТ'РП$Т\ЛИ
К настоящему времени разработаны методы оценки несущей способно-I отдельных элементов металлических стержневых конструкций, учитываю-te пространственную форму потери устойчивости и фактические физи-
4 ко-механические свойства материала, однако отсутствует методика расчета стержневых систем в целом с учетом перечисленных выше факторов.
Из изложенного вытекает актуальность совершенствования методов расчета металлических стержневых конструкций, учитывающих пространственную форму потери устойчивости ее элементов в упругопластической стадии.
Цели исследования:
разработка методики расчета пространственных стержневых систем в физически и геометрически нелинейной постановке, позволяющей оценить несущую способность таких систем с учетом изгибно-крутильной формы потери устойчивости;
оценка достоверности предлагаемой методики путем сравнения результатов расчета и экспериментальных значений компонентов напряженно-деформируемого состояния отдельных стержней и стержневых систем;
анализ работы плоских металлических ферм с учетом изгибно-крутильной формы потери устойчивости на основе численного моделирования;
—- разработка практических рекомендаций по совершенствованию методики расчета стержневых металлических конструкций из элементов пучкового профиля.
Методика исследования. При построении математической модели металлической стержневой конструкции использовались численные методы, базирующиеся на фундаментальных принципах механики твердого деформируемого тела и позволяющие адекватно учитывать физические свойства материалов.
Достоверность полученных результатов подтверждается сравнением результатов расчета со своими экспериментальными данными и данными других авторов, а также решением тестовых задач имеющих либо известное аналитическое решение, либо решенных другими методами.
5 Научная новизна:
получена инкрементальная матрица жесткости пространственного линейного стержневого элемента пучкового профиля, позволяющая учитывать физическую нелинейность;
разработана методика расчета пространственных стержневых систем в физически и геометрически нелинейной постановке, позволяющей оценить несущую способность таких систем с учетом изгибно-крутильной формы потерн устойчивости;
по результатам численного эксперимента установлено, что не учет из-гибно-крутильной формы потери устойчивости приводит к завышениЛ несущей способности некоторых стержней;
предложена зависимость для определения коэффициента приведения длины опорных раскосов ферм;
разработана методика проектировочного расчета металлических стержневых конструкций, адекватно учитывающая их работу и приводящая к экономии материала.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные методы расчета и программно-вычислительный комплекс могут быть непосредственно использованы для исследования действительной работы металлических стержневых систем из одиночных и парных уголков, в том числе с начальными и приобретенными несовершенствами, в частности при обследовании существующих строительных конструкций. Применение разработанной методики приводит к эффективному использованию конструкционных материалов.
На защиту выносятся:
— методика расчета пространственных стержневых систем с элементами
пучкового профиля в физически и геометрически нелинейной поста
новке, основанная на шаговом применении метода конечных элемен
тов;
методика проектировочного расчета стержневых металлических конструкций из элементов пучкового профиля;
методика определения расчетных длин опорных раскосов стропильных ферм;
результаты численных экспериментов по оценке жесткости и несущей способности типовых стропильных ферм с параллельными поясами.
Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь печатных работ.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались на XXVIII-XXX научно-технических конференциях в Пензенской ГАСА, 1995-1999 гг.; на конференции "Создание и развитие информационной среды ВУЗа: состояние и перспективы" в Ивановской ГАСА, 1997 г.; на конференции "Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций" в Волгоградской ГАСА, 1998 г.; на конференции " Информационная среда ВУЗа " в Ивановской ГАСА, 1997 г.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 115 наименований. Полный объем диссертации 136 стр., включая 52 рисунка и 12 таблиц.