Введение к работе
Актуальность темы. Улучшение качества и надежности конструкций, усложнения условий их работы в период эксплуатации, а также внедрение новых строительных материалов, высокопрочных сталей приводит к необходимое! и дальнейших исследований в области теории устойчивости и разработке уточненных методов расчета строительных конструкций, максимально приближающих расчетную схему к особенностям реальной конструкции. Уточнение величины предельной нагрузки с учетом таких факторов как форма начального искривления оси стержня, развитие пластических зон в стержне и т.д. возможно лишь на основании строгой методики расчета без дополнительных упрощающих гипотез.
В настоящее время основным видом металлических конструкций покрытий промзданий являются с1ропильные фермы. Хотя существующие методы расчета и отражают условия работы отдельных стержней в конструкции, однако, по мере эксплуатации конструкции в целом ее элементы приобретают геометрические и физические несовершенства как местного, так и общего характера, которые понижают несущую способность фермы.
Расчет с учетом геометрических и физических несовершенств конструкции в целом позволяет выделить стержни, нуждающиеся в их немедленном усилении и стержни с потенциально неопасными геометрическими дефектами.
Наиболее распространенным методом усиления является способ увеличения сечений элементов. Однако в большинстве исследований, посвяшеннык этому вопросу, отсутствует сравнительный анализ схем н способов усиления конструкций в целом. Как известно, различные сжатые элементы сгропильпых ферм не одинаково эффективно участвуют в обеспечении их общей устойчивости. Выявление тех элементов, усиление которых в наибольшей степени повысит значение предельной нагрузки из условия устойчивости представляет теоретический и практический интерес.
Таким образом, возникает актуальность разработки методов расчета метатлических стропильных ферм с учетом искривлений отдельных -элементов г упругой и упругопластической стадиях, методов расчета, учитывающих конечные размеры узловых фасонок, а также способов определения наиболее слабы\ частей и элементов ферм, усиление которых в наибольшей степени повлияет т повышение несущей способности конструкции в целом. Актуальным вопросо\ является также разработка радион&чьных схем и способов усиления стропильных ферм с учетом технико-экономических показателен.
Данная работа выполнена в рамках Госбюджетной НИР по 1еме "Разработка метода расчета оптимального усиления рамных каркасов и сгропильных ферм" (Гос. per. № 01970006816).
Цели исследования:
разработка методики определения слабых частей металлических фср.ч с использованием главных реакций жестких узлов на основе нредель кого состояния из условия устойчивости;
разработка методики определения активности каждого элемента фер мы в обеспечении несущей способности всей фермы из условия устой чивостн, с целью определения наиболее слабых элементов;
разработка методики проверки несущей способности ферм с yчеточ искривлений отдельных элементов и оценки их общей устойчивости i упругой и упругопластической стадиях;
разработка общего алгоритма поиска рациональной схемы и способ; усиления стропильных ферм на основе анализа коэффициентов эффек тивности для различных способов усиления;
экспериментальные исследования предельного состояния моделе ! ферм из условия устойчивости с целью определения деформмрованно! схемы, слабых частей и поиска рациональной схемы усиления;
экспериментальные исследования предельного состояния этих моделеї после усиления их различными способами.
- оценка влияния габаритов фасонок на nовышениe несущей способно
сти фермы из условия устойчивости на основе экспернментов и чис
ленных расчетов с применением ПЭВМ.
Достоверность полученных результатов подтверждается решением тестовых задач, и сравнением результатов расчета на ПЭВМ с собственными экспериментальными данными и экспериментами других исследователей.
Научная новизна:
впервые разработаны способы численной оценки активности каждого элемента в обеспечении несущей способности ферм из условия устойчивости и определения слабых элементов, усиление которых наиболее эффективно повышает несущую способность ферм;
разработаны алгоритм и методика проверки несушей способности ферм с искривлениями отдельных элементов, которые оцениваются как совершенствование методики СНиП;
разработан алгоритм поиска наиболее рациональной схемы и способа усиления ферм с учетом технико-экономических показателей на основе анализа предельного состояния из условия устойчивости;
получена оценка влияния габаритов узловых фасонок на повышение несущей способности ферм из условия устойчивости на основе испытаний моделей ферм и численных экспериментов.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные методы расчета и созданный па их основе программно-вычислительный комплекс могут быть непосредственно использованы для исследования работы металлических стержневых систем, в том числе с начальными дефектами. Примснение разработанной методики приводит к эффективному использованию конструкционных материалов при усилении метатлических ферм с обеспечением общей и местной форм потери устойчивости.
На защиту выносятся:
методика определения слабых частей металлических ферм с использованием главных реакций жестких узлов на основе предельного состояния из условия устойчивости;
методика определения активности каждого элемента фермы в обеспечении несущей способности всей фермы из условия устойчивости;
методика проверки несущей способности ферм с учетом искривлений отдельных элементов и оценка их общей устойчивости в упругой и уп-ругопластической стадиях;
алгоритм поиска рациональной схемы и способа усиления стропильных ферм на основе анализа коэффициентов эффективности разчимиых способов усиления;
результаты экспериментальных испытаний предельного сосгояния моделей металлических ферм до и после их усиления;
результаты оценки несущей способности ферм с учетом конечных размеров узловых фасонок.
Публикации. По теме диссертации опубликовано семь печатных работ.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались на XXVIII - XXX научно-технических конференциях в Пензенской ГАСА, 1997-1999 гг.; на.конференции "Современные проблемы механики и прикладной математики" в Воронежской ГАСА, 1998 г; на конференции "Современные проблемы развития строительной механики, методов расчета сооружений и соверщенствования строительной техники" в Орловском ГТУ и т.д
Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 102 наименования. Полный объем диссертации 160 стр., включая 97 рисунков и 45 таблиц.