Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования 11
1.1 Основные исторические сведения по возникновению и развитию купольных покрытий и основные сведения из истории развития теории ребристых оболочек по работам ее основоположников 11
1.2 Анализ существующих методов решения задач прочности и устойчивости купольных покрытий и обзор соответствующих научных работ 23
1.3 Выводы по первой главе 38
Глава 2 Теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния, расчет на прочность и проверка на устойчивость ребристого купола из клеефанерных труб с меридиональными и кольцевыми затяжками
2.1 Конструкция ребристого купола из клеефанерных труб с меридиональными и кольцевыми затяжками и исходные допущения 41
2.2 Расчетные модели для принятой конструкции купольного покрытия 44
2.3 Исследование купольного покрытия по дискретной расчетной схеме на прочность 46
2.4 Исследование купольного покрытия по дискретной расчетной схеме на устойчивость 51
2.5 Исследование купольного покрытия по пространственной модели согласно континуальной расчетной схеме. Статический расчет на прочность 55
2.5.1 Исходные зависимости, допущения и разрешающие уравнения безмоментного состояния оболочки
А. Безреберная пластина как элемент покрытия
Б. Оболочка с приведенной жесткостью
2.5.2 Решение статической задачи при внешней симметричной и несимметричной нагрузке для оболочки с приведенной жесткостью
А. Безреберная пластина как элемент покрытия
Б. Оболочка с приведенной жесткостью
2.5.3 Учет краевого эффекта и граничные условия
2.6 Проверка на устойчивость при исследовании купольного покрытия по пространственной модели согласно континуальной расчетной схеме
А. Безреберная пластина как элемент покрытия
Б. Оболочка с приведенной жесткостью
2.7 Исследование купольного покрытия на основании пространственной модели и согласно дискретно-континуальной расчетной схеме. Статический расчет на прочность
2.7.1 Основные исходные зависимости, допущения и разрешающие уравнения
А. Элемент покрытия в виде ребристой пластины
Б. Ребристая оболочка
2.7.2 Методика решения уравнений. Решение статической задачи на прочность
А. Элемент покрытия в виде ребристой пластины
Б. Ребристая оболочка
2.8 Проверка на устойчивость при исследовании элемента купольного покрытия на основании пространственной модели в виде ребристой пластины согласно дискрегаскконтинуальной расчетной схеме
2.8.1 Исходное уравнение критического состояния
2.8.2 Решение дифференциального уравнения критического состояния
2.9 Пример расчета
2.10 Выводы по второй главе
Глава 3 Экспериментальные исследования фрагмента - криволинейного элемента купольного покрытия из клеефанерных труб с затяжками
3.1 Цель и задачи экспериментальных исследований
3.2 Конструкция модели купольного покрытия
3.3 Оснастка и приборы и методика загружения
3.4 Результаты статических испытаний модели купольного покрытия и оценка результатов испытаний
3.5 Выводы по третьей главе
Глава 4 Рекомендации по совершенствованию купольных покрытий
Заключение ".
Практические рекомендации
Выводы по диссертации
Приложения
Литература
- Анализ существующих методов решения задач прочности и устойчивости купольных покрытий и обзор соответствующих научных работ
- Расчетные модели для принятой конструкции купольного покрытия
- Решение статической задачи при внешней симметричной и несимметричной нагрузке для оболочки с приведенной жесткостью
- Оснастка и приборы и методика загружения
Введение к работе
Актуальность темы. Актуальной задачей капитального строительства является повышение обеспечения надежности прочности и устойчивости, несущей способности и срока эксплуатации конструкций большепролетных сооружений быстро собираемых, мобильных и удобных для применения по всей территории России, включая отдаленные и труднодоступные районы на основе совершенствования конструктивных форм и методов их расчета. Купольные покрытия зданий, как одна из наиболее рациональных форм применения деревянных клееных конструкций, находят широкое распространение в строительстве павильонов, больших помещений и т.п. Ребристая купольная конструкция с затяжками с применением клеефанерных труб и упруго-податливыми узлами является практически новой, особенно в области стержневых пространственных систем, и недостаточно изученной. Надежной методики инженерного расчета указанных конструкций также не существует. Применяемые до сих пор методы расчета таких конструкций перестают удовлетворять запросам практически, поскольку эти методы позволяют лишь приближенно оценивать напряженное состояние и надежность оболочек с различными нерегулярностями. Относительно изучены конструкции отдельных узлов и принципы образования конструкции ребристых куполов с затяжками. Пространственные конструкции таких куполов требуют также дополнительного исследования. Недостаточный опыт эксплуатации, несовершенство методов расчета вынуждают проектировщика использовать приближенные параметры для оценки конструкционных свойств сжатых элементов. В связи с этим данная работа, посвященная совершенствованию конструкции ребристого купола из трубчатых элементов с меридиональными и кольцевыми затяжками на основе уточненных методов расчета, разработке соответствующих алгоритмов и программ расчета с последующей экспериментальной проверкой полученных результатов, а также созданию надежной инженерной методики расчета, является актуальной.
МДіІМ ТІІПОР уЗЛОРІЩ 80ІД1І
I НОС НАЦИОНАЛЬНА* І ВИКЛИОТЕКА І
Целью даннойработы является повышение обеспечения надежности прочности и устойчивости, несущей способности и длительного срока эксплуатации предлагаемого типа купольного покрытия с применением клеефанерных труб мобильного, быстро собираемого, удобного для возведения по всей территории страны России, включая отдаленные труднодоступные северные районы. Для этого предложены варианты подхода к расчету данной конструкции и разработана методика расчета, позволяющая учитывать совместную работу ребер и покрытия при использовании экономичных, надежных и к"т/"""""1Птиыт| тпппп упппытс зоодинишй и материалов.
Научная новизна:
разработано большепролетное купольное покрытие с применением клеефанерных труб с меридиональными и кольцевыми затяжками, быстровозводимое в отдаленных труднодоступных северных районах;
использованы экономичные, надежные и быстромонтируемые варианты узловых соединений;
исследована применимость существующих расчетных моделей к предложенной мною конструкции;
- разработана методика расчета ребристого купола из клеефанерных
труб с кольцевыми и меридиональными затяжками по дискретно-
континуальной схеме с использованием разрывных функций,
учитывающая совместную работу покрытия и ребер. В первом
приближении этот ребристый купол рассчитан согласно конти
нуальной схеме. Для сравнения представлена методика расчета по
дискретной схеме;
выполнена экспериментальная проверка результатов расчета согласно дискретной схеме.
Практическая ценность работы заключается в разработке конкретной инженерной методики расчета ребристого купола из клеефанерных труб с меридиональными и кольцевыми затяжками. Предлагаемый вариант конструкции и методика расчета позволяют оптимизировать конструктивные параметры элементов, благодаря чему возможна их доставка воздушным путем, включая отдаленные и труднодоступные районы. На основе методики разработаны практические рекомендации для проектировщиков.
Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы, представленные инженерной методикой расчета ребристого купола с затяжками и практическими рекомендациями внедрены в Государственном областном унитарном предприятии (ГОУП) жилищно-коммунального хозяйства "Новжилкоммунсервис" проектном институте "Новжилком-мунпроект", г. В. Новгород/Россия/и в инженерном бюро доктора-инженера Иоганна Циммера г. Ольденбург /Германия/.
Достеоверносиїь/іезульигдигоедиссертацииподтверждаетсяприменением математического аппарата, адекватного поставленной задаче исследования, и классических методов строительной механики, а также удовлетворительным согласованием теоретических и экспериментальных результатов.
Апробация работ. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на 56 - 60-й научных конференциях профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов, проходивших в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете (СПб., 1999- 2003 г.г.).
Публикация, По теме диссертации опубликовано пять статей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка использованной литературы. Общий объем работы составляет 252 страницы, включая 45 рисунков и 4 таблицы. Список литературы состоит из 198 наименований, из них 167 на русском языке.
Анализ существующих методов решения задач прочности и устойчивости купольных покрытий и обзор соответствующих научных работ
Рассмотрим основные исторические периоды создания и совершенствования купольных покрытий. Проанализируем некоторые существующие и проектируемые купольные покрытия, а также этапы развития основных конструктивных идей, по которым они создавались.
Единство внешней и внутренней формы и рациональной конструкции нашло свое выражение еще в культовых сооружениях Древней Греции.
В Олимпии в 337-338 гг. до н.э. был построен круглый периптер Филиппейон. Круглый периптер Филиппейона прост по плану (Прил., рис. 1) и строг по внешней форме. На трехступенном стилобате диаметром по низу 15,25 м и по верху 13,75 м возвышается периптерная ротонда с 18 колоннами ионического ордера. Крыша портика имеет 72 (18x4) радиально расположенные стропильные ноги. Возвышающаяся над крышей портика стелла — перекрыта самостоятельной конической деревянной крышей.
Дальнейшее развитие системы купольных покрытий получают в сооружениях Римской империи.
В купольных покрытиях Римского стиля увеличиваются пролеты до 41,65 м. Необходимость увеличения пролета стимулировала изобретательность зодчих древности, т.к. купольное покрытие имело уже сугубо самостоятельное значение. Отсюда появились варианты ребристых куполов с расположением ребер в горизонтальном и меридиональном направлениях. Таковым является купол Пантеона (27 г. до н.э.). Диаметр купола 43,5 м. Высота купола 42,75 м (Прил., рис. 2). Основой конструкции является ребристо - сетчатый кирпичный кессонный каркас. Ширина кессонов равна их глубине. Внизу они равны 0,8 м, а вверху 0,66 м. Двадцать восемь меридианных ребер имеют ширину внизу 1 м, а четыре кольца - ширину от 0,87 м до 0,84 м. Кессоны расположены в пять горизонтальных рядов по 28 в каждом ряду. Их размеры - внизу 4 м х 4 м, вверху - 2,5 м х 2,5 м. Купольная оболочка имеет толщину 1,2 м вверху и 1,8 м внизу.
Кроме римских круглых купольных зданий известны и полигональные. Из них особенно достойно внимания здание 3-го или 4-го веков, известное под именем Миневра Медика. Диаметр купола -25 м, внутренняя высота достигает 31 м.
Основные новые прогрессивные черты римского строительного искусства в ротонде Миневры Медика состоят в следующем: а Ниши нижнего яруса вписаны не в толщу массивных стен, а выступают наружу и создают новый силуэт ротонды. а Светлый барабан с большими окнами занял место прежнего купола с опайком. а Сферический нерасчлененный купол поставлен на многогранную стену барабана с помощью парусов. Комплексная композиция внутреннего пространства, в которое кроме доминирующего купольного центра вошло кольцо ниш. а Массы внешнего объема следуют членениям интерьера, четко выражая всю структуру ротонды.
Если в Пантеоне архитектор избегал наружного членения масс, то здесь, наоборот, каждый структурный элемент выявлен наружу. Переход от граненого барабана к сферическому куполу осуществлен небольшими треугольными парусовидными напусками.
Исключительной архитектурной выразительностью и оригинальностью конструкции обладают купольные покрытия в странах Востока, в частности, в Иране, Турции, Каире, в Средней Азии и т.д., где купольные покрытия получили широкое применение. Иранские купольные покрытия имеют две основные формы. Первая представляет собой четырехгранный купол или, точнее, сомкнутый свод, выложенный рядами арок, нормальных к диагоналям плана, со штыковыми швами по середине лотков и с отверстием вверху для дыма. Можно предполагать, что из этого способа кладки развились арочные конические паруса, так называемые тромпы. Только через пять веков, при Сасанидской династии во дворцах Фирусабада и Сарвистана впервые появляются купола на трампах, перекрывающие квадратное помещение. Таков возвышенный овальный купол атриума во дворце Сарвистана, опирающийся на четыре угловых конических паруса - трампа. Купол второго типа имеет форму парусного свода на четырех арках (висячий купол). Целые комплексы домов в городе Кум перекрыты таким способом. Широкое применение получил купол в гробницах, основная форма плана которых - квадрат, редко многоугольник.
В Монгольский период (ХШ - XV вв. н.э.) развитие иранских куполов вступает в новую фазу. Купол принимает остроконечную форму. Замечательным памятником этого периода является восьмигранный мавзолей султана Мухамеда Ульдшайту Ходабенде (1304 - 1316 гг. н.э.) (Прил., рис. 3). Размеры, форма и конструкция его купола представляет исключительный интерес для анализа развития куполов. При диаметре купола в 25,5 м, его высота равна 20,0 м, а вся высота от пола шелыги - 51,0 м. Купол состоит из двух оболочек толщиной в 0,33 м каждая. Сетчатый кирпичный каркас из горизонтальных и меридиональных ребер связывает обе оболочки.
В 687-691 гг. в окрестностях Иерусалима возводится великолепный купол Куббатис-Сахра - Купол Скалы (Прил., рис. 5). Диаметр деревянного купола -20,44 м, который покоится на высоком барабане, прорезанном шестнадцатью окнами. Барабан стоит на четырех пилонах и двенадцати колоннах, окружающих скалу.
Расчетные модели для принятой конструкции купольного покрытия
Загруженная арка купола может рассматриваться как отделенная от него и находящаяся под действием внешней нагрузки и сил взаимодействия Х% р и Х р. Незагруженная / -я арка может быть выделена из купола и рассмотрена под действием сил взаимодействия л 1( и л2і . Площадь сечения условной затяжки принимается такой, чтобы упругие деформации ее были равны упругим деформациям кольца в диаметральном направлении от горизонтальных реакций всех ребер. Если кольцо имеет вид многоугольника, то площадь сечения условной затяжки, эквивалентной кольцу по ,упругим деформациям, может быть принята равной;
Исследование купольного покрытия по дискретной расчетной схеме на устойчивость Значения критических напряжений вычисляются после нахождения критической нагрузки по формуле: где Ntp и М?р - нормальная сила и изгибающий момент в расчетном сечении арки при критической нагрузке.
Количественную оценку устойчивости плоской формы изгиба арки произведем с помощью известного коэффициента р . Проверочный расчет арки на устойчивость плоской формы изгиба производится по формуле: HI» где N - нормальная сила в расчетном сечении; Мд - максимальный изгибающий момент, вызывающий сжатие арки, определяемый из расчета по деформированной схеме; у - коэффициент, учитывающий возможную потерю устойчивости плоской формы изгиба арки и равный отношению напряжения при потере устойчивости плоской формы изгиба акр к пределу прочности древесины сжатию R?.
Расчет конструкции арки выполняется с применением стандартных средств программного обеспечения (вычислительный комплекс "ЛИРА").
Проверка сечений фанерных труб, работающих на сжатие, производится: на прочность (сжатие, смятие) по формуле: где Rdc - расчетное сопротивление сжатия и смятия; Nd- расчетное осевое усилие на смятие, Аы - площадь нетто поперечного сечения трубы; Ал - расчетная площадь поперечного сечения трубы; р - коэффициент понижения несущей способности при проверке устойчивости центрально-сжатых элементов, который зависит от гибкости и определяется по формулам: при Я 69 р- 2390/Д2; (4.5) приЛ 69 (р = I-1,046(Л/100).
Гибкость трубчатых элементов определяется из выражения Я = е/г, где е - расчетная длина трубы, равная ее полной длине; г - радиус инерции сечения.
Проверка металлических затяжек производится по прочности при центральном растяжении элементов арки по формуле: расчетное осевое усилие на растяжение; Ап, - площадь сечения металлической затяжки, нетто; Ry - расчетное сопротивление стали растяжению (по пределу текучести); т - коэффициент условия работы.
С помощью металлических затяжек и гаек регулируется напряженное состояние конструкции и ее жесткости, При этом рассматривается состояние конструкции с предварительным напряжением элементов. При этом в металлических затяжках создается предварительное напряжение, необходимое для совместной работы трубы и внутренней затяжки в составе сечения меридионального ребра. Распределение усилий от внешних нагрузок между трубой и внутренней затяжкой осуществляется пропорционально площадям их поперечного сечения и фактическим модулям упругостей.
Для обеспечения совместной работы труб и металлических затяжек в составе меридионального ребра необходимо путем завинчивания гаек получить во внутренних металлических затяжках растягивающие, а в трубах сжимающие усилия, равные величине Z для трубы для тяжа Z RyAm. Далее решим задачу на устойчивость верхнего кольца. Но, прежде всего, составим уравнения равновесия элемента длиной dyy определяя проекции сил на направлении касательной и нормали, а также моменты относительно центра: ордината у отсчитывается вдоль дуги, г — к центру; через R обозначен радиус окружности, проходящей через центр тяжести сечения, принимается, что нагрузка р всегда направлена вдоль нормали. Сопоставляя уравнения (3.17)— (3.19), получим:
Исследование купольного покрытия по пространственной модели согласно континуальной расчетной схеме. Статический расчет на прочность и устойчивость
Для учета совместной работы ребер и конструкции покрытия данного купола исследуется ребристая оболочка как дискретно-континуальная система. Для ее расчета в первом приближении рассматриваемую ребристую оболочку приведем к некоторой фиктивной гладкой путем "размазывания" жесткостей ребристой оболочки. В результате получается континуальная модель - жесткая на изгиб и сжатие, которая далее исследуется в линейной постановке.
С точки зрения статической работы оболочки под нагрузкой наиболее выгодно безмоментное напряженное состояние. Условиями существования безмоментного состояния являются: плавность изменения толщины оболочки, радиуса кривизны ее меридиана и направления касательной к нему, упругие свойства материалов, а также плавность изменения нагрузки, действующей на купольную оболочку. Перемещение краев оболочки, как радиальное, так и угловое, должно быть свободным. Краевые меридиональные усилия необходимо направлять по касательной к меридиану, В этом случае края тонкостенного купола-оболочки будут находиться в условиях статической определимости.
Основной метод расчета оболочек по безмоментной теории основан на том, что оболочка работает как тонкая мембрана и находится под действием только нормальных сил, возникающих внутри ее поверхности. На практике это положение можно принять в отношении всего купола-оболочки, кроме участков, прилегающих к бортовым элементам и ребрам.
Рассматриваемый нами купол по высоте удовлетворяет перечисленным условиям, особенно краевым.
Учитывая плавность внешней нагрузки (собственный вес, снеговая, ветровая нагрузка, отсутствие сосредоточенных воздействий) и свойства материалов (фанера, металл), которые работают на растяжения, сжатия и на изгиб, можно с большей степенью вероятности считать напряженно-деформированное состояние безмоментным в средней части купола, поэтому используются уравнения безмоментной теории. А в краевой зоне, вблизи нижнего опорного кольца и верхнего колец наблюдается местный изгиб, то есть краевой эффект.
Решение статической задачи при внешней симметричной и несимметричной нагрузке для оболочки с приведенной жесткостью
Наиболее важная задача устойчивости оболочек вращения имеющих форму, близкую к сферической, относится к случаю, когда оболочка нагружена равномерно распределенным внешним давлением, то есть рассматривается случай осесимметричного нагружения.
Обратимся поэтому к определению критической нагрузки для исследуемой сферической оболочки с приведенной жесткостью, подвергающейся внешнему равномерному осесимметричному давлению.
Особенность процесса выпучивания реальной рассматриваемой фиктивной сферической оболочки состоит в том, что в одних случаях он сопровождается появлением одной быстро развивающейся вмятины, а в других - серии волн, расположенных по окружности. Поэтому построение приближенных решений, связанных с аппроксимацией изогнутой поверхности, требует здесь особой тщательности. Таким образом, практически важная классическая задача о выпучивании сферической оболочки является одной из наиболее тонких и сложных задач этого круга как в теоретическом, так и в экспериментальном отношении. Решим задачу в линейной постановке. Воспользуемся уравнениями (5.19). В дальнейшем через w будем обозначать дополнительный прогиб, имеющий место при выпучивании оболочки; сама нагрузка р непосредственно в уравнение равновесия входить не будет. Фиктивную же нагрузку р2, отвечающую напряжениям сг, найдем согласно выражению рг -h„pcrV2w. Таким образом, уравнение равновесия получает вид:
Для расчета напряжений и деформаций в ребристой оболочке приня-тойконструкции купола с учетом местного влияния меридиональных ребер, рассмотрим ребристую оболочку как оболочку с разрывными параметрами с учетом геометрической нелинейности. Для оболочки с разрывными параметрами, как и для оболочки с регулярными физико-геометрическими характеристиками, задачу о напряженно-деформированном состоянии можно свести к решению трех дифференциальных уравнений относительно трех компонентов вектора перемещений, или к решению двух уравнений смешанного типа, записанных относительно двух функций нормальных перемещений и усилий. Подробно развито решение второго варианта.
Посредством применения метода последовательных нагружений построено общее решение этой системы, соответствующее решению задачи при удержании ограниченного числа членов ряда в разложении искомой функции.
Для расчета напряжений в оболочке данной конструкции купола с учетом местного влияния меридиональных ребер, прежде всего рассматривается фрагмент из купола в виде пластины, подкрепленной ребром в одном направлении .
Учитывается, что пластина упруго защемлена по краям по всему контуру и нагружена контурной и поверхностной нагрузкой. Расчетная схема приведена на.
Выделенный фрагмент, строго говоря, представляет собой призматическую оболочку с ребром вдоль образующей. Однако согласно сказанному выше и как показали исследования на примерах расчета, угол излома срединной поверхности весьма мал, и на данном этапе, с учетом значительной погрешности в определении исходных параметров может не учитываться. Приближенно для определения местных напряжений от присоединенного по линии оболочки ребра, выделенный фрагмент рассматривается как ребристая пластина.
Элемент покрытия в виде ребристой пластины Пластина сжата по контуру и нагружена распределенной нагрузкой р. Геометрические соотношения нелинейной теории ребристых пластин имеют вид:
Действие ребра учитывается как действие нагрузки, распределенной по линии присоединения ребра и состоящей из двух компонентов: вертикального и горизонтального. Вертикальный компонент связан с изгибом ребра и пластины и учитывается уравнением относительно функции прогиба w для одного ребра, параллельного оси OY].
Реакция упругого отпора ребра рй выражается через жесткостные характеристики в виде [87]: p,={EpJV4 + EpSS-2) (7.6) здесь JyS - соответственно момент инерции и статистический момент сечения ребра относительно срединной плоскости пластины; Ер - модуль упругости ребра.
Горизонтальный компонент упругого отпора ребра связан с плоской деформацией пластины и учитывается введением компонента нагрузки в одно из уравнений (7.3).
Оснастка и приборы и методика загружения
В ходе основных статических испытаний арки купольного покрытия производились измерения прогибов контрольных точек арки купола, а также усилий предварительного напряжения, заданных с помощью натяжного ключа и самонапряжения во внешних затяжках с помощью тнезометров, схемы расположения которых представлены на рис.23 приложения. Измерение перемещений осуществлялось посредством прогибомеров типа ПАО-6 с ценой деления 0,01 мм. Значения усилий в клеефанерных трубах арки купольного покрытия контролировались с помощью тензодатчиков. Все работы по монтажу и эксплуатации тензометров, а также по изготовлению и эксплуатации приборов на их основе, выполнены на основании рекомендации [103]. Перед началом испытаний арки купола все приборы были оттарированы и откалиброваны.
Загружение арок купольного покрытия осуществлялось тарированными гирями, которые укладывались на специальные подвески (прил, рис. 29.).
Для испытания моделей применена такая конструкция опор, что позволяет моделировать различные условия закрепления концов арки. В нашем случае эти условия были следующими: концы моделей заделывались в опорах, одна из которых была неподвижной, а другая расположена на каточках 5 из стальной проволоки диаметром 5 мм. В ходе испытаний измерялись прогибы и горизонтальные перемещения правой подвижной опоры с помощью индикаторов типа ИЧ-10 с ценой деления 0,01.
Главной целью испытаний арок купольного покрытия являлось получение опытным путем качественных и количественных характеристик его напряженно-деформированного состояния при действии равномерно распределенной нагрузки на всем пролете и на половине пролета. Для получения достоверных экспериментальных данных, испытания состояли из циклов "нагрузка разгрузка". Таким образом, модели купола в виде арок испытывались как на действие осесимметричной нагрузки, так и нагрузки, приложенной на половине свода. Каждый цикл включал: загружение арки покрытия равномерно распределенной нагрузкой, приложенной в узлах конструкции ступенями по 100 Н в пять этапов сначала на одном полупролете, потом на всей длине конструкции. Отсчеты брались сразу же и через 30 мин после окончания приложения нагрузки. После загружения арки покрытия максимальной равномерно-распределенной нагрузкой, очередные показания снимались через сутки. Затем снималась вся нагрузка и снова брали показания приборов. Следующий цикл начинался с загружения другого полупролета. С целью изучения влияния фактора предварительного напряжения контурных затяжек на напряженно-деформированное состояние арки купольного покрытия каждая модель была подвергнута описанным выше испытаниям по трем схемам в зависимости от величины усилия предварительного напряжения внутренних и контурных затяжек. Предварительное напряжение модели производилось посредством натяжения ключей четырьмя ступенями с выдержкой каждой ступени по 30 мин. Рекомендовано преднапряжение без донатяжения, которое имеет преимущество в том, что осуществляет контроль несущей способности предварительно-напряженных арок с затяжками и позволяет выбирать основную часть деформаций в узлах элементов.
Анализ изменений усилий в клеефанерных трубах купольного покрытия в зависимости от вида нагружения представлен в табл. 5 приложения. Эффективность предварительного напряжения арок купольного покрытия из клеефанерных труб путем натяжения контурных затяжек наглядно иллюстрируют результаты, представленные в табл. 4 приложения.
Характер деформирования купольных конструкций зависит от величины и схемы приложения внешних сил, особенностей конструирования, а также от геометрических характеристик рассматриваемых конструкций.
В соответствии с принятой схемой загружения была разработана система загрузочных подвесок, на которую накладывались нагрузочные гирьки. Приложение каждой ступени нагружения производилось в равные промежутки времени равномерно сначала на половине пролета арки, а затем на всем пролете арки купола. Таким образом, модели купола в виде арок испытывались как на действие осесимметричнои нагрузки, так и нагрузки, приложенной на половине пролета. Непосредственно перед началом нагружения и тотчас после нагружения производилось измерение вертикальных деформаций,
Убедившись в правильности установки приборов и готовности их к работе, приступили к загружению арки нагрузкой и взятию отсчетов по приборам, заполнили таблицы и определили напряжения, моменты и прогибы в исследуемых сечениях арки купола:
Максимальный прогиб покрытия наблюдался в середине пролета при действии равномерно распределенной нагрузки на всем пролете и составил 1/450 часть пролета. Нормативное значение этой величины для исследуемого класса покрытий отсутствует. Однако, сравнивая полученный результат с известными требованиями к жесткости арочных конструкций покрытий, можно говорить о том, что жесткость арки купольного покрытия достаточна.
Анализ изменений усилий в клеефанерных трубах купольного покрытия (прил., табл.5) в зависимости от вида нагружения подтверждает правильность принятого значения усилия предварительного напряжения контурных затяжек, т.е. во всех случаях в них возникали только усилия растяжения и, следовательно, отсутствовало такое неприятное явление, как провисание одного из вант при действии несимметричных нагрузок. Характеризуя работу узловых соединений элементов покрытия, необходимо указать на одно обстоятельство: по
ь всей видимости, не удалось качественно обеспечить в арках купольного покры тия надлежащего жесткого сопряжения клеефанерных труб с металлическими колодками с помощью внутренних металлических затяжек. Это непредвиден ное отклонение фактической статической схемы от расчетной обусловило неко торое расхождение данных эксперимента и расчета, которое имеет место толь-ко в зонах указанных стыков и притом в некоторых частных случаях нагружения (прил., табл. 4). Однако, в целом изложенное обстоятельство, как это будет видно ниже, не умаляет полученных в работе экспериментальных результатов.
Сравнение значений компонент напряженно-деформированного состояния покрытия показывает достаточно хорошее качественное совпадение экспериментальных и теоретических значений.
Похожие диссертации на Прочность и устойчивость элементов ребристого купола из клеефанерных труб с меридиональными и кольцевыми затяжками
