автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Линзообразные блоки покрытия из металлического профилированного листа

Р1 Ь ин 1 о АПР 1995

НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

На правах рукописи УДК 624. 014.2 : 092.4 : 624.04

ГРИГОРЬЕВ Сергей Владимирович

ЛИНЗООБРАЗНЫЕ БЛОКИ ПОКРЫТИЯ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОФИЛИРОВАННОГО ЛИСТА

Специальность 05.23.01 — Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск 1995

Работа выполнена п Красноярском инхенерна-строительном институте.

Научный руководитель - член-корреспондент рласн , доктор технических наук , профессор л. в. Екджиепсккй

Официальные оппоненты :

- доктор технических наук, профессор 4. Ф. Тамплон

- кандидат технических наук, профессор и. и. Крылов

Ведущая организация - государственный проектный, научно-исследовательский и конструкторский институт красноярский ПромстройНИНпроект

Защита состоится на заседании диссертационного совета К 064. 04. 01 новосибирской государственной академии строительства по адресу : 630008, Новосибирск, 8, ул. ленинградская, 113.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирской государственной академии строительства .

Автореферат разослан

Просим Вас примять участие в заседании совета и направить свой отзыв на автореферат в двух экземплярах в секретариат совета по указанному адресу.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

В. и. Кользеев

-2-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настояоее время б строительной практике все большее использование приобретают легкие- металлические покрытия зданий н сооружений различного назначения . «

Переход к массовому строительству производственных здании с легкими несуаими конструкциями заводского изготовления из металла является одним из основных направлений технического прогресса в строительстве, которое обеспечивает существенное снижение трудоемкости , стоимости к продолжительности возведения зданий н повышение эффективности капитальных вложений .

Эффективность применения легки* металлических конструкций обуславливается пониженной массой здания в целом как за счет снижения веса самих ограждающих конструкции , так и за счет снижения веса поддерживавших их элементов ( каркаса здания , фахверка, фундамента ). Все это делает целесообразным дальнейшее совершенствование конструкций покрытий, в которых используется стальной профилированный настил , при этом особое внимание уделяется совмещению несущих и ограждающих свойств ¿того материала .

Цель работы. Разработка новых пространственных блоков покрытия ( конструктивных форм покрытий ) на основе профилированного листа, обеспечивающих повышенную несущую способность к степень заводской готовности при одновременном снижении металлоемкости , трудоемкости изготовления и монтажа , а также снижение стоимости конструкций в "деле".

Научную новизну работы составляют :

- конструктивные решения линзообразных блоков покрытия пролетом 9, 12 , 18 и ;

- алгоритмы расчетов ;

- результаты экспериментально-теоретических исследований натурных конструкций блоков покрытия пролетом 12 м на действие статической нагрузки ;

- результаты экспериментальных исследований несущей способности фрагментов узловых соединении поясных листов блока ;

- результаты экспериментально - теоретических исследовании влияния утеплителя из полистнролбетона на повышение несупей способности профилированного листа ,

Практическая ценность и внедрение результатов исследований.

Разработаны линзообразные блоки покрытия нз стального профилированного листа пролетами 9, 12 , 18 м, сформулнрованы глгорит-

ыы расчета к проектирования конструкций данного типа . Проведено техннко-зкономическое обоснование эффективности разработанных конструкций иа пролеты 12 и 18 и .

Предложены и практически опробованы индивидуальная и стендовая, технологии изготовления линзообразных блоков покрытия .

Результаты исследований использованы при выполнении госбюджетных и хоздоговорных тематик, проводимых в Красноярском йен и Красноярском ПроистройНИНироскте и внедрены в учебный процесс Красноярского ИСИ .

Проект линзообразного блока покрытия на пролет 12 м из профилированного листа реализован в экспериментальном здании теплого склада размером 12"3б и,возведенного на территории Красноярского ПроистройННИПроекта .

Апробация работы . Основные результаты исследований доложены и представлены в материалах : краевой конференции ' Молодежь и научно-технический прогресс • , 1990 г. г. Красноярск ; всесоюзной научно-технической конференции 'Испытания строительных ме- . твллических конструкций в условиях действующих предприятии " , г. Магнитогорск , 1991 г, ; ка> '"-технической конференции " Архитектура и строительные конструкции 1992 г., г.Новосибирск .

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы, выполнено 5 научно-технических отчетов, получено авторское свидетельство на изобретение N 14 7958 4, выпущен 1 информационный листок .

структура к обьеп работы . диссертация состоит из введения , пяти глав , основных выводов , списка литературы и приложений . Основное содержание диссертации изложено на 14$ страницах машинописного текста, содержит '84 рисунка, 2 9 +аблиц, список литературы из 140 наименований и приложений . Всего 228 страниц .

' На защиту выносятся :

- конструктивные решения линзообразных блоков покрытия из стального профилированного листа ;

■ - алгоритм расчета блоков ;

- результаты натурных испытаний блоков покрытия пролетом 12 и;

- результаты экспериментальных исследований нссуиен способности фрагментов -узловых соединений поясных листов блока ;

- результаты экспериментально - теоретических исследований влияния утеплителя из полистиролбетока на повышение несущей

»способности профилированного листа ;

- рекомендации по проектированию и расчету линзообразных блоков похрытия из стального профилированного Аиста .

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность тени, определены вопросы, выносимые на защиту, указана новизна работы и ее практическое значение.

В первой главе рассматривается особенность работы н основные подходы к расчету профилированного листа .

К числу основополагающих работ в области расчета стальных профилированных листов как тонкостенной конструкции отнесены труды Брайрона Г. X. , Броуде Б. М. , Блейха Ф. , Бубнова И. Г. , Власова В. 3. , Галеркнна Б. Г. , Ильюшина А. А. , Кармана Т. , Курдюмова А. А. , Папко-вича П.»., Ренснера Е. , Стельмаха С. И., Тимошенко С. П. и других.

Большой объем экспериментально-теоретических исследований в области работы гофрированных настилов с примыкающими к ним конструкциями проведены в сулострченин Глоэманом М. К. , Павлиновой Е. А. и Фнллеппео И.В. Однако эти конструкции своими параметрами н характером соединений отличаются от строительных конструкций. Исследованию подобных решений строительных конструкций посвящены работы Айрумяна Э. А. , Аппарао Т. , Беляева В. Ф. , Бирюлева В. В. , Давыдова Е. Ю. , Дукарского В. М. , Нестеренко Н. Л., Ростовцева Г. , Тамплоиа ♦. Ф. , Тимашева С. л., Трншевского И. С. , Чебыкина A.A., Хисвмова Р. И. , Шкловского Е. И. , Эрреза С. н других.

Приводится обзор возможных способов соединения профилированных листов между собой и к кесуошм элементам здания. Выполнен анализ известных конструктивных решений покрытий с применением стального профилированного листа. Проанализированы патентно-информационные исследования плит покрытий нэ металлического профилированного листа.

Отмечается целесообразность применения шпренгельных панелей покрытий из профилированных настилов при отказе от несущих элементов покрытия при увеличении пролетов панелей до пролета зданий. Указанный путь повышения эффективности шпренгельных кровельных панелей не остался вне поля зрения как российских, так к зарубежных авторов.

В заключении отмечено, что недостаточная изученность вопроса о совместности работы профилированного листа с примыкающими нему конструкциями требует проведения дополнительных теоретических и экспериментальных исследований , направленных на разработку новых конструктивных решений крупноразмерных блоков покрытий.

С учетом изложенного сформулированы, задачи исследования :

-5- разработать пространственные блоки покрытия , в которых наиболее эффективно используются несущие и ораждающне свойства Профилированного листа ;

- сформулировать алгоритм расчета блоков и подбора сечений ИХ элементов ;

- численными методами определить прочностные и жесткостные характеристики разработанных конструкций ;

- разработать методику экспериментальных исследований линзообразных блоков покрытия !

- акспернментально оценить несущую способность узлового соединения ;

- экспериментально исследовать работу линзообразных блоков покрыт«« из стального профилированного листа в натуральную величину под воздействием статических нагрузок ;

- предлоаить ешеобы изготовления линзообразных блоков и проверить техиалогнчнветь их изготовления и монтажа ;

- дать оценку •тинко-акттмкчеекой эффективности предлагаемых канегтрукцкй

- внедрить разработанное блоки покрытия в строительство .

Во втеро» га»«ъ прив«..^« краткое описание исследуемых блоков, созданных на основе а. с, N 1 ..=(584 .

,Блоки покрытия представляет собой пространственную систему из исталлнческого профилированного листа ( рис. 1 ) . пояса блоков изогнуты по форме квадратной параболы ( в соответствии с эпюрой изгмбашшх моментов). По торцам гофры верхнего профилированного листа разметены в гофрах нижнего профилированного листа и соединены по всему контуру поперечного сеч.емия.

Подбор сечений поясов выполняем из существующего сортамента профилированного листа по ГОСТ 14045-86 ИЛИ ТУ 36-1928-76 .

Высоту блока назначаем на условия местной потери устойчивости сжатых гранен сечения поясных профилированных листов (из условия докритической стадии работы поясов) при их конструктивном изгибе по формуле ! Н •> 2Г • 5бсг'Ьг/(МЕСи) , (1)

где 6СГ - к С Е - критическое напряжение в рассматри-

ваемом сечении; коэффициент« к и С определяются как для сжато-изгибаемого' профилированного листа ; См- расстояние от нейтрально!, оси профлиста до широкой сжатой полки.

Шаг промежуточных элементов предварительна назначается равным (1/8. ..1/12) Ь.

Разработан ряд алгоритмов расчета н подбора сечений элементов.

.4 >.> « Л

РИС. I,

Линзообразный блок покрытия

) 'I

311)111ШТП1)1111ШШГПТ]

дт

Рис. 2.

расчетные ехемм Олокоп

а) схема для расчета на ЭВМ ; б) схема для предварительной оценки несуаен способности блоков.

На основе анализа результатов физических и численных (по ЦКЭ) экспериментов обоснована возможность на Предварительном зтапе оценивать напряженное состояние , блоха при равномерно распределенной нагрузке по упрошенной расчетной схеме в виде криволинейных Консольных балок ( рис. 2, б ), а жесткость яо балочной схеие с эквивалентной по отношению к исходной системе жесткостью. Прк этом

v„„ - vVx Vc,x> ' <2)

где v°sax " максимальный прогиб балкн единичной жесткости ;

li t х — жесткостная характеристика центрального еснеинз блока

на основе численных

К - хесткостиаП коэффициент, получении s

зкспернментов.

Поверочные статические расчеты блока рекомендуется выполнять по итерационной схеме. На каждом цаге реализуется расчетная схема в виде плоской комбинированной системы, в которой пояса (профилированный лист) моделируются неразрезными криволинейными стержнями переменной жесткости (на первом шаге жесткость постоянна) , а решетка набором стержней шариирно или жестко соединенных с поясами (рис. 2,а). Переменность жесткости поясов обусловлена учетом местной потерн устойчивости сжатых полок профлиста.

На каждой цаге линейно-упругая задача реализуется МКЗ на ПЭВМ по программам " 1г15К-МК "или " ЭКСПРЕСС'"( программа разработана на кафедре строительной механики Красноярского иси ).

Обиэя устойчивость линзообразных блоков покрытия определяется согласно сНиП П-23-8 1 и сводится, в основном, к расчету на общую устойчивость поясов на участках между промежуточными элементами.

для определения местной устойчивости наиболее сжатой грани сжато-нзогнутого профилированного листа используется методика, предложенная Тамч.чоном ф. ф. : < к С Е ( иь )2 (1)

Если условие не соблюдается , т. е. грань теряет устойчивость , то при расчете профилированного листа на прочность и общую- устойчивость учитывается не вся иирина грани , а только ее эффективная ширина .

Условие жесткости нмее~ вид : чиах11, * ' ' 1

где " иаксимальныь прогиб конструкции от нормативной

нагрузки берется по результатам численного расчета на ЭВМ либо приближенно по формуле (2),

В. случае невыполнения требований прочности напряжения в поясах можно снизить с помавыо следующих операций увеличить

высоту конструкции ( возможно с выключением части гофра из работы ) ; уменьшить наг промежуточных элементов ; использовать профилированные листы большей несущей способности .

Промежуточные элементы приняты в виде рамной конструкции,состоящей из верхнего и нижнего поясов к стоек.

Аля выявления зависимости и характера распределения внутренних усилии в элементах конструкции и определения зависимости изменения внутренних усилий от точности задания геометрической формы проведена серия численных экспериментов с вариацией длины , высоты и шага промежуточных элементов , а также с разбивкой панели ( участок между стойками ) на п частей 1 < п < 20 .

Выполнены расчеты блоков покрытия под нагрузку IV снегового и

III ветровогй районов строительства .

Приведены результаты численного анализа напряженного состояния фрагмента верхнего пояса блока , подкрепленного утеплителем с различным модулем упругости Вгт . Исследования проведены на прямолинейном балочном фрагменте, по вирине равном вирине одного гофра профилированного листа. Характеристики геометрии рассматриваемого фрагмента и расчетная схема приведены на рис. з.

При расчетах фрагментов решалась пространственная задача теории упругости в линейкой постановке методом конечных элементов.

Повышение величины Вут от О до вут- 180 una уменьшает максимальные нормальные напряжения, действующие.в профилированном настиле до зз я . Использование этого резерва позволяет снизить расход металла на блоки покрытия.

Рис. з. Расчетная схема фрагмента I- профлист, б - о.. 8 ми ; г- полнетиролбетон.

В третьей глав* сформулированы основные принципы формообразования и конструирования линзообразных блоков.

При проведении опытно-конструкторских разработок учитывались следующие требования : аффективное использование свойств применяв-

мых материалов ; использование рациональной конструктивной формы ; сокращение типоразмеров элементов, входящих в состав конструкции (унификация); обеспечение высокой технологичности изготовления максимальный заводской готовности конструкции ; требование транспортабельности и простоты монтажа.

Более полное и рациональне использование несушей способности профилированных листов возможно : во-первых, за счет использования верхнего пояса Блока в качестве кровельного покрытия , т. е. реализуя принцип совмещения функций , во-вторых , за счет равномерного распределения нормальных усилий по всему сечению, в-третьих, ад счет использования вертикальной жесткости профилированного настила в безраскосой конструкции и при работе на односторонние нагрузки . Кроме того,применение верхнего пояса в качестве кровельного покрытия 'листом наружу' позволит снизить вес конструкции за счет исключения рубероидного ковра ц гравийной запиты. Пониженная высота конструкции ( В < 1/20 ) позволяет наиболее полно использовать внутренний объем перекрываемого помещения. Двухслойное покрытие позволяет располагать утеплитель на нижний пояс, что дает возможность использовать дешевые неконструктивные утеплители . В конструкциях с очертанием поясов по форме квадратной параболы основные усилия развиты в поясных элементах, а в раскосах (при раскосной схеме и равномерно распределенной нагрузке) на два порядка меньше и на порядок в стойках, что упрощает крепление этих элементов-и сводится, в основном, к их фиксации.

Представленное во 2 главе конструктивное решение блока покрытия по а. с. N И79584 принято за основу при разработке четырех конструктивных вариантов линзообразных блоков покрытия,проведших натурные испытания КВ-1... кв-4, н усовершенствованных блоков КВ-5 .. . КВ-12 .

описаны индивидуальная, стендовая и пцточкая технологии изготовления линзообразных болоков покрытия.

В четвертой гпааа приведены результаты испытания фрагментов опорного узла, фрагментов панели блока,подкрепленной утеплителем, и натурных исследований четырех конструктивных вариантов ( кв-1 ...КВ-4 ) линзообразных блоков покрытия.

Для предварительной оценки несупей способности контактной точки и отработки режимов сварки перед испытанием фрагмента было изготовлено и испытано на растяжение 30 образцов из оцинкованных пластин толиикой 0,8 мм , соединенных одной, контактной точкой днаыетром 4. .. 5 мм.

-10-

Технические характеристики блоков

Марка блока

Пролет, Ь (м)

Высота, Н (м)

ширима, В (м)

Шаг стоек, а (М)

Расход металла,

КГ/М2

Варианты блоков с фальцевопаяным соединением поясов

Раскосный вариант без утеплителя КВ-1 I 12 | 0. 6 I О I 1. 0 | 18. 2

Раскосный вариант с утеплителем по верхнему поясу КВ-2 | 12 I 0. « I 1. О | 1.0'|. 18. 2

Везраскосные варианты с утеплителем по верхнему поясу

КВ-1 КВ-4

12 12

0. 6 0. 6

1. О 1. О

1. О

2. О

18. 2 18. 2

Варианты блоков с соединением поясов контактной сваркой

КВ-5 КВ-6 КВ-7 КВ-8 12, 15, 18 12, 15, 18 12, 15, 18 12 , 15 0. 5 0. 47; 0. 56; 0. 7 ' 0. 59; 0. 7 4; 0. 8 0. 6; 0. 83 1. 0 3. 0 2. 6 3. 0 1. 5 1. 19; 1. 2 4; 1. 28 1. 19; I. 2 4; 1. 12 1. 19; 1. 24 18. 8; 20. 9; 23. 2 18. 8; 20. 9; 23. 2 16. 9; 18. 4; 18. 7 15. 7 ; 15. 8

Вар! КВ-9 КВ-10 КВ-11 КВ-1 2 [анты бл01 9 , 12 12 9 9 :ов с уте| 0. 4; 0. 5 0. 36 0. 3 0. 32 1лителем, 1. 0 1. 0 1. 0 1. 0 неположенны 1. 2 1. 0 1. 0 « между поясами 16. 8 17. 06 17. 20 19. 00

Результаты испытания образцов на разрыв показали , что соединение обладает достаточно высокими и стабильными прочностными характеристиками . разрушение происходило , как правило , с вырывом точки по основному металлу при нагрузке 5.. . 5, 2 кН. Микроскопический анализ показал , что между внутренними поверхностями пластин вокруг ядра сварной точки образуется сплошное кольцо из расплавленного цинкового покрытия, которое служит хорошей зашитой места сварного соединения от коррозии .

С цель» отработки конструктивного решения и технологии изготовления соединения профилированных листов ( поясов блока покрытия ) между собой , проверки работоспособности и надежности опорного узла были изготовлены и испытаны фрагменты опорной части с фальцево-паянным соединением поясных листов и два варианта соединения листов при помощи контактной тачечной сварки (с опорными пластинчатыми ребрами и без ребер). Фрагменты выполнены из профилированного листа С44-Ю00-0. 8 по ГОСТ 2*05-86 длиной 1 метр, ширина фрагментов принята равной 0, 5 м. Испытание фрагментов осуществлялось в вертикальном положении на специальном стенде. Нагруженне выполнялось гидродомкратом через траверсу с равномерным распределением сжимающих усилий по ширине верхнего пояса . Нижний пояс закреплялся на стенде анкерным устройством ,

предотвращающим смещение образца 'в направлении действия растягивающего усилия .

Результаты испытаний подтвердили достаточность несущей способности всех видов соединений (раэрупение происходило иэ-эа потери устойчивости полок сжатого пояса). Узловое соединение поясных листов при помощи контактной точечной £варки является более технологичным в изготовлении, чем фальцево-паянное соединение .

Блоки испытывались на действие равномерно распределенной ~И односторонней нагрузки в сочетании с равномерно распределенной. нагрухение создавалось бетонными блоками средним . весом 1,06 кН , Для распределения сосредоточенной нагрузки на верхний пояс блоков укладывались мннераловатные плиты и применялись прокладки из деревянных брусков.

При определении НДС поясов величины нормальных напряжений в инрокнх полках профлиста вычислялись по средним значениям из показаний трех тензорезисторов , расположенных по краям и в центре полок , а в узких - по показаниям двух тензорезисторов , расположенных по краям полок.

В соответствии с ГОСТ 1497-84 на 60 образцах, вырезанных иэ профлиста той же партии, г«ределены временное сопротивление (в„ » 372 МПа) и предел текучести • 285 МПа) для материала поясов испытанных блоков.

После испытания каждого из вариантов блока возниквие дефекты устранялись: местные погиби усиливались припайкой дополнительных пластин толщиной 0, 8 ми при наличии ослабления гаек тяг, гайки подтягивались и т. п.., В модифицированной конструкции фиксировались все изменения в ее геометрии , напряжения и деформации .

Нагруженне осуществлялось по этапам по следующей схеме : -до нормативной нагрузки - в три - четыре 'этапа ; разгружение ; -до расчетной - 5... 8 этапов ; выве расчетной нагруженне осуществлялось с уменьшением нагрузки на этапе; разгружение (если конструкция не раэрувена ).

Пространственный блок покрытия КВ-1 запроектирован под расчетную нагрузку' 2,75 кн/м2, нормативная нагрузка - 1,96 ки/м2.

Ввиду того , что предполагалось в последующем провести испытания блока с утеплителем по верхнему поясу , при эксперименте конструкция не была доведена до разрувення . Максимальная испытательная нагрузка составила 3,49 кн/м2 ( 127 « от расчетной нагрузки ).

2

При ноиативнои нагрузке 1,96 кН/м прогиб составил 23,5 мм

илн fH/L » 1/511 пролета при допустимом ltM/L] « 1/250.' Это требование позволяет снизить высоту конструкции до 400. ..Í00 им или применять ее при больших нагрузках .

Из анализа экспериментальных и теоретических данных следует: наиболее слабым элементом конструкции являются крайние гофры профлкста верхнего пояса ; распределение напряжений в полках по ширине настила относительно равномерны и по величине усредненные напряжения в полках примерно равны теоретическим ; коэффициент перегрузки относительно расчетной нагрузки равен 1, 27 .

Пространственные блоки покрытия с кровлей из полимерной пленки КВ-2... кв-э запроектированы под расчетную нагрузку 2, í кН/м2, нормативная нагрузка - 1, 96 кН/м2 .

Нагруженне блока КВ-2 осуществлялось до суммарной нагрузки , равной 4, 74 кН/м2 ( с учетом собственного веса конструкции и распределительных устройств ) . Коэффициент перегрузки составил 1, 65. Прогибы имеют прямолинейную зависимость, при этом отсутствует остаточный прогиб, что свидетельствует о' работе конструкции в упругой стадии. Прогиб от нормативной нагрузки-составил 23,5 мм ( fH/L - 1/511 < 1/250 ). При расчетной нагрузке 2,8 кН/м1 прогиб- 33,2 мм, что совпадает с расчетным . Прогиб от предельной испытательной нагрузки '4,214 кн/м2 составил 51 им , а от нагрузки с учетои собственного веса 4, 74 кН/м2 - 57, 4 мм.

Максимальное напряжение от нагрузки 4, 74 кН/м2, зафиксированное в узкой полке, с учетом напряжений от конструктивного изгиба в сеч. 7-,7 (на расстоянии 130 мм от центра блока), составило 260 МПа дри 6 материала профлиста 285 МПа .

Работа блоке при односторонней нагрузке 1, 037 кН/м и распределенной по всей поверхности суммарной нагрузке 2, 679 кн/и2(ис-

пытательной 2, 154 кН/м2 и веса блока с распределительными устрой-2

ствами о, 525 кн/м ). данная нагрузка наиболее близка к расчетной . Максимальный прогиб от суммарной нагрузки составил 38, 05 ми , а теоретический - 37, 5J мм и несколько сдвинут от центра блока , а в центре величина прогиба составляет соответственно - 38 и 37, 5 мм ( рис, 4, а ). Относительный п^к>гнб конструкции от расчетной нагрузки составил 1/315 проле'та . Нарушений и отслоений утеплителя не отмечено . Таким образом , даже при расчетной односторонней нагрузке жесткость блока обеспечена .

Величину максимальных экспериментальных напряжений в узкой полке иа грани центральной стойки сеч. 7а-7а оценим , используя раечетные данные. По результатам расчета 6 в сеч. 7а~7а боль-

а>

Ч1- I. 057 ГН/ы2

4- 2. 679 Кн/И

1 ШПШШПИШШИШШП

П2

П4

(П10)

П4

(П9)

П5 (П8)

V

\

N

38. 05 Г 3 7. «>--- — II

^ ММ

6)

ч^» 1.07 КН/М* Ч^» 1.05» КН/Н2 Ч1,« 2. 103 КН/И2

Я . 4. 783 КН/М

Ч5- 2- 671 ин/и-

..............

70 Г.

П2

П4

(П10)

П4

<П9>

П5 (П8 )

Рис. 4. Эпюры прогибов при одностороннем загрухенни

а) КВ-2 ; б) кв-3 ; т - теоретические данные ;

• - экспериментальные данные,кагрухение 1 ; т - экспериментальные данные, нагрухекие 2 X - экспериментальные данные, нагрухение 3 .

ше на -7, 9 мпа, чем в сеч. 7-7. Тогда наряхения от испытательной нагрузки и собственного веса 6 —.118-7, 9—12 5, 9 мпа . С учетом напряжений от конструктивного изгиба составит -220, 2 МПа < бт (-285 МПа). Каких-либо нарушений геометрии сечения не отмечено .

Загружение блока КВ-3 суммарной нагрузкой 4, 783 кн/м1 (испытательная - 4,25,8 кН/м2). Сравним НДС раскосной системы (КВ-2) и безраскосной (КВ-3). В блоке КВ-3 при испытательной нагрузке 4, 2 58 кн/м2 прогиб в центре составил 54, 7 мм, прогиб в блоке кв-2 при приведении к одинаковой нагрузке - 51,7 мм. Таким образом ,

Ч,- 1. 67 1 кн/м

безраскосная система обладает несколько меньшей жесткостью .

Наибольшие напряжения от суммарной нагрузки с учетом напряжений от конструктивного изгиба развиты как и в блоке КВ-2 в центральной его панели у центральной стойки . При этой максимальное суммарное напряжение в сечении 7-7 составило -263 МПа , а в сечении 7а-7а равно -275 МПа.

В целом конструкция работала в упругой стадии, что косвенно подтверждается, и относительно пропорциональной зависимостью •нагрузка-прогиб*, т. е. нарастание прогибов до этой нагрузки носит линейный характер .

загружение суммарной нагрузкой 5, »2 кИ/ы 2 ( максимальная испытательная нагрузка - 5, 292 кН/м2 ). Прогиб в центре блока составил 76 мм . Напряжения в верхнем поясе блоха, зафиксированные при максимальной нагрузке ( без учета напряжений от конструктивного изгиба ) , не достигли предела текучести материала .* наибольшие напряжения отмечены в узких полках профлиста сеч. 7-7 и составили в среднем -228 МПа . При этом в одной из крайних полок напряжения составили -2 58 ыПа .

Напряжения от конструктивного изгиба ( предварительные' напряжения ) увеличивают напряжения сжатия в узких полках . С учетом данного фактора напряжения в узких полках сечения 7-7 достигнут бт , в этом сечении возможно образование пластического шарнира. Кроме того, произойдет падение напряжений от конструктивного изгиба до -70, 4 ипа, среднее суммарное напряжение составит -298, 4 МПа. Однако чтобы оценить хотя бы ориентировочно напряжения в этом сечении, будем считать, что материал работал в упругой стадии.

Исходя из того , что беэраскосная система КВ-З хуке работает на односторонние нагрузки , в ходе иагружеиия распределенной нагрузкой по всей поверхности создавалась односторонняя нагрузка на половине блока при различном сочетании величины односторонней и распределенной по всей поверхности нагрузки. Максимальный прогиб зафиксирован при сочетании односторонней нагрузки 1,058 кн/м2 и распределенной по всей поверхности испытательной иагруэкн 4, 258 кн/ы2 и составил 68 им (рис. 4, б) .

При сочетании односторонней нагрузки, наиболее близкой к расчетной 1,07 кн/м2 и распределенной по всей поверхности 2,671 кн/м,2 наибольший прогиб - 43 мм, как и в раскосной схеме при тай же нагрузке , более явно сдвинут от центра и больше, чем в раскосной блоке на 5 мм . Это свидетельствует о некотором снижении жесткости конструкции КВ-З в сравнении с КВ-2 . Экспериментальные

налряжения в узкой и в широкой полках (сеч. 7-7) в сравнении с напрягзнияии в блоке КВ-1 в основной близки по величине и если отличаются , то на величину точности их измерений .

При разгрузке конструкции, после максимальной равномерно распределенной нагрузки 5. 82 кн/м2, била создана односторонняя нагрузка интенсивностью 2, ЮЗ КН/м2 при равномерно распределен-иой суммарной нагрузке 2, 674 кН/м . Наибольший прогиб составил 64 ми и был наиболее удален от центра , чем при ранее рассмотренных односторонних иагружениях .

Анализ напряженного состояния конструкции показал , что суммарные напряжения по величине не превосходят напряжений в аналогичных сечениях верхнего пояса при рассмотренных выше односторонних нагрузках и значительно меньше бт.

. исходя из результатов испытаний конструкции кв-з на' все виды эагруження, предельной нагрузкой для данной схемы является равномерно распределенная нагрузка,равная 5,82 кн/м,2 до которой она работала в упругой стадии, коэффициент перегрузки от расчетной нагрузки для блока КВ-З составил 2, 078 .

Нагруженне блока КВ-4 осуществлялось до суммарной нагрузки 4, 797 кН/м2, при этом коэффициент перегрузки от расчетной нагрузки составил 1,713 . После выдержки конструкции в течение S -минут произошло выпучивание верхней полки в середине третьей панели от опоры, сопровождающееся глухим эвуком, в симметричной ей панели также образовалось слабовыракениое выпучивание широких полок . Произошла местная потеря устойчивости широких полок гофров верхнего пояса, разрежение блока значительно снизило его - жесткость. конструкция реагировала на односторонние нагрузки даже массой 10 кгс значительным приращением прогибов в четвертях блока, однако прогибы в центре оставались постоянными . Конструкция под указанной нагрузкой простояла два часа , после чего началось резкое увеличение-уменьшение прогибов в четвертях пролета и произошло почти мгновенное ее разрушение .

Предразрушающая суммарная нагрузка составила 4. 283 кН/м2. Аля рассматриваемого варианта блоке КВ-4 коэффициент перегрузки от расчетной иагруэки равен 1, 53 , при этом прогиб в центре блока составил 59, 5 мм. Прогиб от нормативной нагрузки 1, 96 кн/м2 составил 27,2 км , относительный прогиб - fH/L - 1/405 .

Для определения физических и механических характеристик утеплителя из полистнролбетоиа была выполнена серия экспериментов . Параллельно с исследованием материалов отрабатывались

адгезионные соединения полистиролбетона с металлическим профилированным листом .

Приготовление состава полнстнролбетона осуществлялось в соответствии с ТУ 67-90 1-87. Образцы изготавливались из предварительно отформованных плнт (сборный вариант), так и формованием образцов совместно с захватами (монолитный вариант).

Прочность полнстнролбетона на сжатие, растяжение, сдвиг при исследованиях определялась по ГОСТ 17177-87. Было изготовлено и испытано по 15 образцов с плотностью материала 224. ..J50 кг/м3. Величина предела прочности на сжатие материала с объемной массой 230. ...250 кг/м3 близка к данным технических условий (0,34 МПа).

Среднеарифметические значения : прочность при растяжении -0, 183 МПа временного сопротивления полистиролбетона на сдвиг -0,2 4 МПа . Прочность на срез адгезионного соединения • полнс-тиролбетон-металлических захват" на клее " Бустилат " не ниже , чем у полнстнролбетона. при этом срок твердения адгезива при температуре 65°.. 70° с должен бить не менее 8 час.

С целью отработки технологии изготовления и выявления возможности совместной работы утеплителя, обшивки к профилированного листа был изготовлен и испытан малоразмерный фрагмент верхнего пояса блоков (КВ-2. .. КВ-4). Исследовалось НДС образца. Ширина фрагмента принята из условия размещения на ней одного выступаюисго узкого гофра профилированного листа панели и равной 212 мм. длина фрагмента принята равной 1100 мм. Перед испытанием фрагментов были нспытаны кубики из полнстнролбетона, кубиколая прочность ПБ фрагмента составила о,32 МПа при плотности материала 264 кг/ч3.

Испытание фрагмента. Появление первых треяин в полнстнролбетоне на опоре отмечено при реакции 2 кН. Наружных трети» в утеплителе в центре пролета вплоть до разрушения фрагмента не обнаружено . Разрушение фрагмента произошло из-за потерн устойчивости верхней полки узкого гофра профилированного настила в центре пролета н разрушения полистиролбетона в опорной части, при этом пролетный махмальный момент составил 1092, 5 ИМ.

На основании проведенных экспериментальных исследований работы полистиролбетона на отдельных фрагментах конструкции сделан вывод о возможности применения полистиролбетона в качестве теплоизоляционного и подкрепляющего материала при создании утепленных линзообразных блоков покрытия.

Для более эффективного подкрепления верхнего пояса блока

нсобходжобеспечить адгезионную прочность соединения "профлист-утеПАИч^ль* не менее прочности материала утеплителя.

В пятой главе дан технико-экономический анализ целесообразности применения линзообразных блоков покрытия из металлического профилированного листа в иатрах производственных зданий .

Экономическая эффективность предлагаемых блоков покрытия оценивается с точки зрения народно-хозяйственного уровня, т. е. учитываются затраты на всех уровнях: на заводах стройиндустрин, транспорте, в построечных условиях, а также учитывается ускорение ввода в действие объекта, рациональное использование дефицитных ресурсов.

Определение технико-экономической эффективности применения предлагаемого конструктивного решения покрытия пролетом 12 м проводится в сравнении с традиционными конструкциями здания, выполненного на основе рамных конструкций типа 'Канск* (пролет рам - 24 м, ваг - 12м, покрытие - из профилированного листа, уложенного по прогонам).Сравнение проводится на примере здания из четырех 24-х метровых пролетов длиной 72 м, т.е. размерами 96* 72 м .

Проведенный анализ показал , что общий расход стали в при-

2

веденном исчислении уменьшился на 15,03 кг/м (на 26 %) . Экономия стали с высоким пределом текучести 09Г2С , 14Г2 , 14Г2АФ 2

составила 17,27 кг/м , по стали ВстЗ и профилированному листу

2

имеет место перерасход 2,25 кг/м . снижение трудозатрат на

строительной площадке, обусловленное переносом наиболее трудоемких

операций в заводские условия, составило 2,18 чел-час/м2 (75

15 % составляет экономический эффект от досрочного ввода объекта

с применением нового конструктивного решения, экономический эффект

от применения блоков покрытия пролетом 12 м на 23 % обусловлен

применением более легкого- каркаса , рассчитанного на расчетную 1

нагрузку 300 кг/м .

Для определения эффективности применения блоков покрытия пролетом 18 м сравнение ьелется с блоками покрытия , разработанными Новосибирским инженерно-строительным институтом (ИНСН) и Казанским инженерно-строительным институтом (КМСН).

Предлагаемые блоки покрытий пролетом 18 м в сравнении с блоками покрытия Новосибирского НСИ имеют экономический эффект :

экономия металла в натуральной исчислении составляет 16,80

•1 2

кг/м', в приведенном - 20, 24 кг/и ; снижение трудозатрат на

%

строительной площадке - 1,86 чел-чяс/М .

По сравнению с бликами покрытия Казанского НСН предлагаемые .. я к и покрытия в занодском изгото&л«;иии имеют проигрыш ,

обуслоилениин переносом операций по утеплении покрытия к устройству кровли в заводские условия, большей трудоемкостью иэготов-

2

леиия, хотя и есть небольшая экономия металла 6 кг/м в нату-

2

ральном исчислении и 7, 5 кг/м в приведенной. Но на строительной площадке предлагаемые блоки значительно выигрывают по трудозатратам 2, оз чел-час/м2, за счет полной заводской готовности .

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. разработаны новые конструктивные , репення линзообразных блоков покрытия из металлического профилированного листа. Техническое решение узлового соединения , позволяющее равномерно передавать усилия с нижнего на верхний пояс, в сочетании с параболической формой изгиба поясов конструкции позволяет более полно использовать несущие и ограждавшие свойства профилированного листа, что а свою очередь ведет к снижению расхода материала . Разработаны принципы конструирования линзообразных блоков покрытия из металлического профилированного листа с конкретной их реализацией на основе конструктивных решений блоков пролетами от 9 до 18 и .

2. Применение блочных конструктивных схем (КВ-6, КВ-7, КВ-8) дает возможность увеличить перекрываемую ширину до 3. . . 4 м и сократить сроки строительств» . Конструктивное реоенне утепленных блоков(КВ-9, кв-ю, кв-п, КВ-12) позволяет использовать верхний пояс в качестве кровли ,исключая рубероидный ковер н гравийную защиту (стяжку), что ведет к снижению нагрузки И сокращению сроков строительства . Использование утеплителя, расположенного между поясами в качестве промежуточных элементов, ведет к снижению металлоемкости и иаксималыю« уннфикащш, кроме тиго, утеплитель подкрепляет поясные элементы, повыиая их прочностные характеристики ( местную устойчивость ).

3. Численными методами исследовано напряженно-деформированное состояние разработанных линзообразных блоков и отдельных фрагментов.

4. в результате серии числсшшя экспериментов получен ряд формул и коэффициентов, позволяющих предварительно оценить прочностные и жесткостные свойства конструкции , определено влияние модуля упругости утеплителя на усилия в профилированном листе.

5. Представлены индивидуальная ("на ребро") , проииаленная (одновременное профилирование двух лиетоа) а стендовая технологии изготовления конструкций данного типа . Применение данных

методов дает возможность изготовления конструкций как в небольших ремоитно-механических мастерских , так и на поточных механизированных линиях по выпуску профилированного листа с минимальными изменениями в существующей технологии .

7. Анализ результатов проведенных экспериментальных исследований работы фрагментов, узлового соединения и натурных образцов линзообразных блоков покрытия показал : узловые соединения поясных листов (фальцево-паяниое и на контактной точечной сварке) обладают необходимыми прочностными свойствами ; разработанные конструктивные варианты линзообразных блоков покрытия удовлетворяют условиям прочности , устойчивости и жесткости и могут быть рекомендованы для применения в экспериментальном строительстве ; установлена удовлетворительная сходимость результатов численных и экспериментальных исследований ; разработанные сопряжения элементов блоков обеспечивают надежную работу конструкции и простоту сборки Изготовление , сборка и монтаж опытных образцов линзообразных блоков покрытия подтвердили технологичность принятых конструктивных решений .

я. Результаты технико-экономической оиенкн разработанных конструкций указывают на эффективность их применения.

9. Предлагаемые блоки покрытия пролетом 12 м использованы в опытном строительстве .

Основные положения диссертации опубликованы в работах :

1. A.c. N 1 479584 СССР, МКИ Е 04 В 1/343. Пространственная плн-та покрытия и способ ее установки /В. П. Григорьев, с. В. Григорьев ; Гос. проект, научно исследоват. и. конструкт, институт •Красноярский ПромстроЙНИИПроект' (СССР). - N 42 5670 9/29-33 ; Заявл. 03. Об. 87 ; Опубл. 1 5.05. 89 , БЮЛ. N 18. -1С. : Ил. УДК 624. 073.

2. Григорьев С. в. Анализ конструктивных 'решений покрытий с применением профилированного листа // Пространственные конструкции в Красноярском крае : Межвуэ. тенат. сб. науч. тр. / Красноярский политехнический институт. - Красноярск , 1 990,- С. 136-141.

3. Григорьев С. В. Работа пространственной конструкции с криволинейными поясами из стального профилированного листа // Тезисы докл. всесоюзн. науч. -техн. коиф. по испытаниям строительных металлических конструкций в условиях действующих предприятий. / Магнитогорский ордена Трудового Красного знамени горно-металурги-ческин институт имени Г. И. Носова. - Магнитогорск, ¡991, с. 42-43.

4. Григорьев В. п. . Григорьев С. В. Несуаая способность -yv поясной пространственной плиты покрытия из стального *">•.-,>■ ...ро-

ванного листа // исследование надежности строительных конструкций с учетои реальных условий их эксплуатации : Со. науч. тр. / Красноярский ПромстройШШпроект. - Красноярск, 1992.- С. 64-70

5. Григорьев в. п. , Григорьев с. В. опыт изготовления и применения плит покрытия нэ профилированного листа //Исследование надежности строительных конструкций с учетом реальных условий их эксплуатации : сб. науч. тр. / красноярский ПромстройНИИпроект. -Красноярск , 1992,- С. 71-76

6. Григорьев с. в. Испытания пространственной плиты покрытия из профилированного листа //тезисы докл. краевой конф. 'Молодежь и научно-технический прогресс - Красноярск, 1990, С. 161-162.

7. Енджневский л. в., Григорьев С. В. Методика предварительного определения геометрических параметров пространственной плиты покрытия из металлического профилированного листа //пространственные конструкции в красноярском крае: сб. научи, тр. / Красноярский инженерно-строительный институт - Красноярск , ,1992, С. 101-108.

8. Пространственная плита покрытия из профилированных листов криволинейного очертания : Информ.-листок. - Н 151-90.. - Красноярск: ЦНТИ. 1990,- з с.

Соискатель

Подписано к печати 10. 03. 95 г. Формат 60x84 1/16 Бумага газетная. Объем 1 п. л. Тираж 100 экз. Полнграфпредприятне * Сибирь ' Заказ Н 266