Введение к работе
Актуальность проблемы. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года" намечены огромные задачи в области капитального строительства. Одним из путей решения поставленных задач является разработка и внедрение в практику новых эффективных комбинированных строительных конструкций, позволяющих снизить материалоемкость, трудоемкость и стоимость строительства.
Пространственные стержневые конструкции, позволяющие перекрывать большие пролеты и отличающиеся новизной конструктивных и архитектурных форм, получили широкое распространение благодаря однотипности элементов, возможности использования различных конструкционных материалов в сочетании друг с другом (сталь, древесина, алшиния, пластмассы), а также в связи с большими возможностями расчета таких систем на ЭВМ. Применение древесины в плоских и пространственных конструкциях в сочетании с металлом позволяет оптимально использовать прочностные свойства материалов, снизить расход стали и трудозатраты на изготовление и тем самым получить значительный эффект в народном хозяйстве.
Автором и представителями ряда институтов предложены и разработаны различные по форме и структуре комбинированные пространственно-стержневые конструкции, исследования которых носили эпизодический и коньюктурный характер. Статический расчет и исследования этих конструкций выполнялись методами, разработанными применительно к конструкциям из одного мате-
риала. Вместе с тем, комбинированные конструкции во многом отличаются от конструкций, изготовленных целиком из одного материала. С другой стороны, принцип построения пространственной схемы комбинированных стержневых конструкций должны отличаться от традиционной, необходимостью гарантированной работы отдельных стержней на определенный вид напряженного состояния. Наличие большого количества узловых, причем подат ливых, односторонне работающих соединений существенно влияет на напряженно-деформированное состояние комбинированной пространственно-стержневой конструкции при действии статических особенно динамических (типа сейсмических) нагрузок.
В связи с изложенным, разработка и комплексные исследования прочности и сейсмостойкости комбинированных пространственно-стержневых конструкций с разработкой теорий их расчета является актуальной проблемой, решение которой позволяет существенно расширить внедрение новых эффективных строительных конструкций в народном хозяйстве.
Цель работы. Разработка и усовершенствование комбинированных пространственно-стержневых конструкций и узловых "Сопряжений, комплексное исследование их напряженно-деформирован ного состояния при действии статических и динамических нагрузок, разработка теории статического и динамического расчета с учетом специфических особенностей системы.
Для достижения этой цели определены основные концепции синтеза пространственных ячеек комбинированных стержневых конструкций, на основе которой разработана система с различными строениями ячеек.
Произведен анализ структуры конструкции с целью применения метода декомпозиции при статическом расчете с учетом геометрической нелинейности. Применен метод квадратичного программирования при статическом расчете систем с односторонне работающими стержнями. Изучены законы движения масс с односторон -ней связью при динамических возмущениях, на основе которых написаны дифференциальные уравнения для стержневой системы в целом. Численным интегрированием получены решения, позволяющие установить напряженно-деформированное состояние пространственной конструкции с одновременным выявлением опасных областей и зоны "подбрасывания".
С целью проверки достоверности теоретических положений проведены экспериментальные исследования новых конструкций на моделях и в натуре при различных режимах нагружения.
Автор защищает:
новые пространственные схемы и конструкции узловых сопряжений комбинированных систем и деревянных пространственно-стержневых конструкций;
способ расчета пространственно-стержневых комбинированных конструкций методом декомпозиции с учетом геометрической нелинейности;
метод расчета пространственно-стержневых конструкций с неразрезными поясами и узловыми эксцентриситетами;
метод расчета пространственно-стержневых комбинированных конструкций с использованием теории математического программирования;
метод динамического расчета плоских и пространственных стержневых комбинированных конструкций с односторонне работающими элементами;
результаты экспериментальных исследований пространственно-стержневых конструкций на малых моделях и в натуре при статических кратковременных, длительных и динамических воздей* ствиях;
результаты экспериментального проектирования и строительства новых пространственно-стержневых комбинированных покрытий зданий.
Научную новизну работы составляют:
концепции по образованию пространственных ячеек комбинированных стержневых конструкций;
новые конструктивные решения пространственно-стержневых систем с оптимальным использованием различных конструкционных материалов;
методы декомпозиции, итераций и узловых моментов при статическом расчете пространственно-стержневых конструкций с учетом геометрической нелинейности, эксцентричности и нераз-резности поясов;
метод расчета пространственно-стержневых комбинированных конструкций с односторонне работающими стержнями, разработанный на основе теории квадратичного программирования;
метод динамического расчета плоских и пространственно-стержневых комбинированных конструкций с односторонне работающими элементами;
результаты экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния комбинированных и деревянных пространственно-стержневых конструкций при различных режимах нагру-жения;
определение степени влияния узловых пластических деформаций на напряженно-деформированное состояние системы;
определение длительной прочности комбинированной системы ускоренным испытанием моделей и натурных конструкций;
технология изготовления, сборки и монтажа новых типов комбинированных и деревянных пространственно-стержневых покрытий.
Практическая значимость работы. Новые пространственные стержневые конструкции, предложенные и разработанные в настоящей работе, найдут широкое целесообразное применение в объектах агропромышленного комплекса в условиях рассредоточенности районов строительства. Это позволяет существенно снизить материалоемкость и трудоемкость конструкций, особенно при перевозке и монтаже, так как легкость и маломерность составных элементов не требует специальных транспортных средств.
Разработанные методы динамического расчета и их результаты позволяют правильно оценить поведение конструкций при особых условиях эксплуатации, связанной с сейсмичностью зоны, наличием ветровых и других динамических нагрузок, что способствует расширению области применения комбинированных конструкций.
Внедрение результатов исследований. Результаты исследований использованы при строительстве ряда объектов республиканского агропромышленного комплекса, в справочнике строителя и внедрены в учебный процесс путем включения отдельных результатов в учебные пособия, написанные автором. Методика статического и динамического расчета конструктивно-нелинейных стержневых систем с односторонне работающими элементами, разработанная в настоящей работе, передана в ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко для включения в новую редакцию СНиП П-25-80.
Апробация работы. Основные результаты данной работы доле жены: на научно-технических и теоретических конференциях Ташкентского политехнического института с 1978 по 1988 гг. ежегодно, на Международном симпозиуме "Деревянные конструкции в современном строительстве", Киев, 1975; на Международном симпозиуме по пространственным конструкциям, Москва, 1985 г.; на региональных семинарах-совещаниях по эффективным пространственным конструкциям в г.Душанбе, 1979 г., г.Фрунзе, 1981 г., г.Ташкенте, 1983 г., г.Ашхабаде, 1985 г.; на Всесоюзной конфе ренции по тонкостенным и пространственным конструкциям, Талли 1986 г.; на Республиканской конференции молодых ученых, Ташкент, 1980; на техническом Совете ЦНИИСК, 1985 и 1987 гг.; на Техсовете объединения "Узагрострой", 1988 г.; на Техсовете Госстроя УзССР, 1986 г.; на кафедре деревянных и пластмассовк конструкций МИСИ им. В.В.Куйбышева, 1985 г.
Работа выполнена автором в Ташкентском политехническом институте Министерства народного образования УзССР на протяжении 1978-1988 гг. в соответствии с темой ІОі/і по проблеме ОЦ О02 ГКНТ СССР, а также на основании хозяйственных договорої с проектными и производственными организациями республики.
Завершение и оформление работы выполнено автором в ЦНИИСЬ во время пребывания в должности старшего научного сотрудника с 1987 по 1989 гг.