144595 (727715), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Заметим, что наибольшие значения несимметричных снеговых нагрузок прикладывались в четверти пролета купола.

Расчет узловых соединений конструкций на основе древесины проводили по деформируемой схеме с использованием условного модуля деформативности Е_y.

Условный модуль деформативности вычислялся в соответствии с методикой, разработанной И.С. Инжутовым, А.Ф. Рожковым по формуле

где Е – исходный модуль упругости; δ – расчетное предельное значение деформаций податливости, принимаемое в зависимости от предельной деформации узлового соединения (на лобовых врубках и торец в торец - 1,5 мм; на нагелях всех видов - 2,0 мм; в примыканиях поперек волокон - 3,0 мм); l – длина стержня, м; k_кр – коэффициент учитывающий кратковременность действия нагрузки, при кратковременной нагрузке k_кр = 0,5, при длительной - k_кр = 1; R_см - расчетное сопротивление древесины местному смятию.

Заметим, что в этом методе условный модуль деформативности стержня не зависит от величины продольного усилия и площади поперечного сечения элемента.

Длительный модуль упругости, зависящий от влажности древесины и длительности эксплуатации конструкций с учетом развития деформаций последействия, рассчитывался в соответствии с методикой, разработанной В.А. Цепаевым по формуле

где - кратковременный модуль упругости, определяемый для древесины хвойных пород с влажностью (%); - коэффициент длительной деформативности при действии неизменной нагрузки в течение всего срока службы конструкций.

Учет в расчетах неупругих деформаций древесины позволяет выявить дополнительные резервы несущей способности конструкции. В основу современных расчетов строительных конструкций положены диаграммы деформирования конструкционных материалов.

Автором были проведены экспериментальные исследования стандартных образцов древесины сосны при растяжении и сжатии. Всего испытано по 10 образцов для каждого вида напряженного состояния. Эксперименты проведены в разрывной машине Р-5 на действие статической нагрузки. Деформации образцов измерялись посредством тензометрических преобразователей. Измерения проведены в реальном масштабе времени расчетно-измерительным комплексом.

Результаты экспериментов представлены в виде диаграмм растяжения и сжатия на рис. 7.

Рис. 7. Диаграмма σ–ε для стандартных образцов древесины сосны при растяжении и сжатии вдоль волокон

Предел пропорциональности при сжатии составил β_DP = 15 МПа. Соответствующие деформации ε_с = 15∙10^-4. Сжатые образцы разрушены напряжением σ_с.max = 32,3 МПа. При растяжении упругие деформации не превысили ε_р = 35∙10^-4.

Полученные диаграммы работы образцов были аппроксимированы и представлены в виде уравнений.

Неизвестными х₁ и х₂ приняты значения точек аппроксимации, расположенных по оси абсцисс, ε_с и ε_р – соответствующие им полученные деформации для сжатия и растяжения.

Физическую нелинейность учитывали предложенным автором коэффициентом относительных напряжений k, отражающим запас несущей способности конструкции при возможном увеличении временной нагрузки или при уменьшении расчетного сечения стержней

где σ_i – значения сжимающих напряжений, для сжатых и растянутых стержней; R_н – нормативное значение расчетного сопротивления.

Физически нелинейный модуль упругости Е_ф, определяемый для области неупругих деформаций вследствие учета коэффициента относительных напряжений k, определялся по формулам

где σ_с,i, σ_р,i – значения сжимающего напряжения в i-точке кривой диаграммы σ–ε для сжатых и растянутых стержней соответственно; ε_с,i, ε_р,i –деформации для i-точки кривой диаграммы σ–ε для сжатых и растянутых стержней соответственно; N_i – возникающее в стержнях купола продольное усилие; коэффициент продольного изгиба; F площадь поперечного сечения элемента с учетом его ослабления.

Результаты исследования показали, что при действии симметричной статической нагрузки напряженно-деформированное состояние панелей меридиональных ребер не зависит от количества и месторасположения блоков жесткости.

При исходном модуле упругости и несимметричном статическом нагружении купола наибольшие расчетные значения перемещений узлов составили 1/900 диаметра купола.

Учет податливости узловых соединений приводит к увеличению расчетных значений перемещений узлов до 1/760 диаметра купола.

Учет длительности действия нагрузки приводит к дальнейшему увеличению расчетных значений перемещений узлов до 1/580 диаметра купола.

Учет коэффициента относительных напряжений, который в нашем случае принимался равный k=2,15, и физически нелинейного модуля упругости позволяют увеличивать расчетные значения перемещения узлов до 1/330 диаметра купола.

Сопоставляя картину деформирования куполов с контрастными схемами расстановки блоков жесткости (блоки жесткости отсутствуют РК-1; блоки жесткости расположены в шахматном порядке по поверхности полусферы РК-2; блоки жесткости расположены по всей поверхности полусферы РК-3), установлено, что разница значений нормальных усилий для всех трех схем куполов находится в пределах 13%. При установке блоков жесткости во все ярусы и секции купола (схема РК-3) расчетные значения перемещений узлов достигают 1/2600 диаметра; при схеме РК-2 – 1/760 диаметра; при схеме РК-1 – 1/40 диаметра купола.

В четвертой главе приведена методика численного и физического экспериментов по исследованию НДС пролетного узла ребристо-кольцевого купола, выполненного в натуральную величину, с техническим решением наконечника РКК-12-СРД3.

Для проведения физического эксперимента была разработана и использована установка, предназначенная для испытания пролетного узла ребристо-кольцевого купола в лабораторных условиях на усилия сжатия и растяжения (рис. 8).

Рис. 8. Схема обозначения основных элементов испытательной установки: 1 – силовой пол; 2 – швеллер №1; 3 – швеллер №2; 4 – панель меридионального элемента; 5 – панель кольцевого элемента; 6 – домкрат; 7 – силоизмерительный датчик (динамометр); 8 – опорный башмак (для сжатых элементов); 9 – опорный башмак (для растянутых элементов); 10 – узловой элемент

Конструкция была подвергнута испытаниям статической нагрузкой. Интенсивность нормативной нагрузки, сосредоточенно приложенной вдоль оси стержней меридиональных элементов, составляет 20 кН. Нагрузку создавали при помощи механических 5 т домкратов и контролировали ее силоизмерительными датчиками (рис. 9, а).

Перед основным испытанием конструкции проводилось пробное загружение, принимаемое 10% от нормативной нагрузки, которое позволяло проверить правильность установки приборов и их способность измерять деформации, удобство осуществления загрузки конструкции, согласованность работы членов испытательной бригады.

В ходе эксперимента величину испытательной нагрузки делили на десять частей. Величину ступени нагрузки принимали равной 10% или 2 кН от нормативной. После приложения каждой ступени нагружения конструкция выдерживалась под нагрузкой 10 мин, время контролировалось секундомером.

В ходе эксперимента измеряли:

• вертикальные перемещения узла при помощи датчика перемещений с тензорезистивной схемой измерения (рис. 9, б);

• горизонтальные перемещения узла при помощи отвеса и жестко закрепленных на основании стенда миллиметровых линеек по направлению Х и Y;

• напряжения в элементах с помощью проволочных тензорезисторов типа КФ с базой 20 мм и 10 мм (для деревянных и стальных элементов соответственно). В качестве регистрирующего устройства использовали измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) MIC-400, заводской № 40104, который имеет сертификат об утверждении типа средств измерений RU.С.34.010.А № 9569 ГОССТАНДАРТа России.

а)

б)

Рис. 9. Измерительные датчики: а) силоизмерительный; б) перемещений

Силоизмерительные датчики и датчики перемещений разработаны в лаборатории автоматизации эксперимента при кафедре ЖБиКК ТГАСУ.

Всего в испытании узла было использовано: тензорезисторов – 20, датчиков вертикальных перемещений – 1, отвесов – 5, силоизмерительных датчиков – 2.

Для построения расчетной модели с действительными упругими механическими характеристиками цельной древесины были произведены испытания стандартных образцов. В результате эксперимента были определены значения модулей упругости, которые составили: вдоль волокон – 9820 МПа; поперек волокон – 385 МПа.

Численный эксперимент по определению НДС пролетного узла ребристо-кольцевого купола выполнялся с учетом полученных действительных механических характеристик древесины и податливости соединений посредством вычислительных комплексов «SCAD» и «Лира».

В численном эксперименте автор счел необходимым учесть возможные неблагоприятные факторы, которые могут возникать вследствие технологических допусков. Неблагоприятные факторы (эксцентриситеты, возникающие в результате расцентровки осей стержней в узле) моделировались в расчетной схеме жесткими вставками. Величина жесткой вставки принималась равной 4 мм по ГОСТ 21779-82 для 6 класса точности.

Жесткостные характеристики для древесины в расчетной схеме были приняты следующие: условный модуль деформативности, полученный по формуле (1), значение которого составило Е_y = 5557 МПа, коэффициент Пуассона принимался μ = 0,5, плотность древесины ρ = 5,5 кН/м³.

В пятой главе изложен анализ результатов численного и физического экспериментов. Дана оценка технологичности изготовления натурной конструкции. Выполнена оценка несущей способности и деформативности разработанного пролетного узла ребристо-кольцевого для купола пролетом 12 м с учетом неблагоприятных факторов.

Характеристики

Список файлов реферата