автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Особенности напряженно-деформированного состояния конструкции стержневого купола из клееной древесины с учетом деформативности узловых соединений

Ленинградский ордена Октябрьской Революции и ордена удового Красного Знамени инженерно-строительный институт

На правах рукописи

ГУРЬЕВ Александр Юрьевич

УД{ 624.011.1:074

ОСОБЕННОСТИ НАПРЯШЕННО-ДЕФОРМНРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИИ СГЕРЖНЕЮГО КУПОЛА КЗ ШЕНСЙ ДРЕВЕСИНЫ 'С УЧЕТОМ ДООРМАТИШОСТИ УЗЛОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

05.23.01 - строительные консгрушрга, здания и сооружения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени \

кандидата технических наук— Ленинград - 1991

Работа выполнена в Ленинградском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени инженерно--строительноы институте.

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техника

РСФСР, доктор технических наук, профессор В.А.Лебедев.

Офптаальные оппонента доктор технических наук,

Е.Н.Серов;

кандидат технических наук С.Ю.Табунов

Ведущая организация - Центральный нчучно-исследовательски«

" *

институт механической обработки древесины ШЛО "Союзнаучдревпром"

Защита диссертации состоится " ¿j" аг/г^г^-Я 1991г. в час мин, на заседании специализированного Совета К 063.31.01 в Ленинградском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте по адресу: 198005, г.Ленинград, 2-я Красноармейская ул., дом 4, Ленинский зал.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке института. .

Автореферат разослан " 1991г.

Учэкый секре "api специализированного . совета ганд^т технических наук,

доцент ¿ с-у . З.И.МорсЗэн

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В настоящее время все большее внимание уделяется совершенствована пространственных деревянных конструкций, к числу которых относятся стержневые сферические купола из сборных деревянных клееных элементов, отвечающие требованиям икдустриальности, экономичности и выразительности. Такие купола позволяют перекрывать, пролета в широком диалоэоне (до 160м) и целесообразны для использования в объектах различного функционального назначения.

Между тем, широкое внедрение куполов сдерживается отсутствием в нормативной, научно-технической и справочной литературе указаний и рекомендаций по конструированию и расчету куполь-ннх покрытий из клееных деревянных элементов. Кроме того, недостаточно исследованы деревянные купола с учетом специфики анизотропных свойств клееной древесины, податливости соединений и пространственной работы с иг теш.

Поэтому проведение исследований в облает.; совершенствования и расчета стержневых сфзрт*ческих куполов направлено на учет этих факторов, что позволило приблизить расчетные схемы куполов к действительной работе конструкций и повысить достоверность результатов расчета. Следовательно перечисленные проблемы являются1 актуальными. ,

Цель работа. Разработка конструкций и совершенствование . методов расчета стерхвевых куполов из сборных клееных деревянных элементов с учетом специфических свойств узловых соединений. Научная новизна работы заключается в следующем: - уточнен метод расчета стержневых пространственных систем впкеанннх в сферу, который позволяет оценить напряженно-деформированное состояние стёртаевой конструкции'с учетом дефиргатнв-

N

ности узлов. Получена матрица единичных реакций прямолинейного стержня с упруго-деформируеыыы закреплением в узлах, для которой решение с жесткими узлами является частным.;

- ¡разработана установка дая испытания узлов пространственных стержневых систем, позволяющая моделировать деформативность смежных элементов и податливость узловых соединений целой конструкции, имитируя упругими элементами с заранее заданными характеристиками работу фрагмента конструкции в составе этой системы (.положительное решение на заявку !Р 4693981 ) ;

- рассмотрены варианты конструктивных решений узлов, предложена новая конструкция узлового соединения пространственных

стержневых систем (положительное решение на заявку 1Р 4711704) ,

, ■ ( -полученм жесткосгные характеристики основного узла;

- определены основные закономерности изменения напряханно--деформированного состояния конструкции стержневого сферического купола диаметром 18м из сборных клееных деревянных элементов при ч рассмотрении различных схем загруасения;

- разработан алгоритм и составлена программа расчета стержневого "сферического купола с учетом упругой податливости узловых соединений с использованием суперблоков циклической симметрии для ЭШ ЕС.

Практическая ценность работа. Разработанная методика рас чета позволяет определять налряжвина-деформирсваннов состояние •стержневьк элементов от воздействия сложной пространственной^сис-гр>,м сил. Лол/ченнне упругие характеристики условий закрепления стеблей хонсгрузщии дают вознслиость в расчете уточнить харак-хбр действительного распределения усилив в элементах купола. Ре-'зудьгага 3-х годачних наблюдений за скэгоотложэнием на поверхно-гот хупс-га падвоамли уточнить рекомендации по расчету купола на снгтову» нагрузку. Р&эрабэганн&я программа расчета с лрлченением

ЭВМ стержневого купола, обладает высокой эффективностью и от. о-сительно малым временем счета на современных ЭЕМ ЕС.

Достоверность результатов. Научные положения и выводы, приведенные в'работе, основываются на положениях теории расчета циклически симметричных систем и методе перемещений. Степень достоверности результатов, полученных автором, подтверждается собственными экспериментальными исследованиями, результатами расчета тестовых и реальных конструкций с помощью Ш "МИРАЖ" и о уточнением по собственной программе на ЕС-1045.

Реализация результатов работы. '

- результаты исследований использованы ЦШИМОД ШЛО "Союэ-научдревпрома" при разработке способов повышения долговечности полносборных зданий из клеейой древесины в соответствии с целевой комплексной программой научно-технического сотрудничества стран членов СЭВ и ]^еализоваш на строительстве покрытия блока цехов станции технического обслуживания в г. Архангельске из сбор-• ных. клееных деревянных злег.энгов диаметром 16м. ■>

- выполнен расчет купольного покрытия диаметром 1Ш т"> типовых клееных деревянных ¿гчментов, по договору Я? 6-90 мееду "ИРБИС" жси и-Д03 "Вельский" объединения "Росагролесдревпрома.".

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуж^зны:

■ - на 44, 46 и 47. научно-технических конференциях ЛИСИ, Ленинград. 1686, 1989, Г393г.г.

- на научно-технических конференциях Архангельского ЛТИ, Архангельск, 1986, 193Рг.г.

- ка заседании' секции конструкции из дерева и пластмасс Ле-. нингрздского отделения НТО стройжцуетрга СССР, Ленинград, ГШбг.

Публикации. По теме диссертации ишзтся о публикаций, в том числе 2 положительных речения на изобретения. •

- б -

Структура и об-ьем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключена, списка литературы,содержащего 114 наименований, а также приложений. Объем работы - 244 страницы, включая 109 стра- иц машинописного текста, 15 таблиц, 78 рисунков, 64 страницы приложений.

Диссертация выполнена на кафедре теоретической механики ШСИ, экспериментальная часть - в Архангельском ЛГИ на кафедре инженерных конструкций при консультациях канд.техн.наук Б.В.Ла- ■ будина. Тема диссертации соответствует тематике научных исследо- ~ ваний кафедры т ¿оретической механики, посвященных расчету конструкций о учетом Лизическпс свойств материалов в рамках задач координационного плана научно-исследовательских работ АН СССР и вузов в области механики на 1986-90г.г. согласно приказу Минвуза СССР № 455 от 19,06.85. А также соответствует тематике научно--иссле'довательских и опытно-конструкторских работ на 1988-90г.г. согласно плану НЕЮ "Союзнаучдрввпрома" Минлэсбуыпроыа СССР "Разработка и внедрение конструкционных способов повышения долговечности полносборных зданий из клееной древесины для лесопильноде-ревообрабатыващей промышленности".

С0ДЗР2АНИЕ РАБОТЫ . " '

Во введении обосновывается актуальность теш и необходимость проведение исследования чуполов из клееной древесины, сфорцулиро-.вана цель работы и еа новизна.

В первой глава приводится краткий обзор примеров применения и конструктивных реленкй дерев._лных куп^ьных конструкций в зарубежно^ я отечественной, практике граяданского строительства.Отме-. чвно, что в тазвитнв пространственных деревяннгас конструкций боль-^йгЯ рксад внесли 1Сзрзсан Г.Г., Ивая.а 3.^., Коченов J3.il., Озвен-схй?, Р. А. и др. 5 последе десятилетие эти конструкции развива-

лись Хлебным Я.Ф., Туполевым И.О., Светозаровой Е.И., Травуием В.И., Журавлевым A.A., Пятикреетовским К.П. и др.

Теория расчета пространственных: систем базируется на фундаментальном аппарате строительной механики сплошных- и стержневых систем (Власов В.З., Лурье А.И., Лебедев В.А., Вайнберг Д.В., Чудновския в.Г., Пшеничное Г.И., Сегаль А.И., Филин А.П.,и др.) .

Подробно рассмотрены технико-экономические показатели различных типов куполов из клееной древесины и обоснован выбор объекта исследования. Предложена новая конструкция узлового соединения стержневых деревянннх элементов пространственных систем.

Общим недостатком работ, посвященных расчету стержневых купольных конструкций, является то, что при их расчете обычно оперируют с идеализированными расчетными схемами, в которых конструктивные элементы соединяются либо абсолютно жестко, либо при помощи сферических шарниров. В действительности в конструкциях из дерева, кроме югеевчх, соединения элементов являются упруго--податдивнми.

Таким* образом состояние вопроса определило необходимость повышения достоверности расчета при проектировании купольных покрытий из' сборных клееных деревянных элементов на основе учета деЧ-' ствительнкх характеристик податливости узлов, а также с учетом анизотропии клееной древесину.

Во вгоро'! главе изложена теоретические! положения метода расчета стерчсневого сферического купола и алгоритм программа расчета

>

стержневого купола с использованием ЭШ.

Для построения метода расчета приняты следующие положения базируяиртеся ;та теории рчсчета ;рпслмч9сяи сииг.гвтртних систем, разработанной докт.техн.наук, профессором В.А.Лебедевы;.!:'

- перемещения и деформации элементов конструкции зависят от

' перемещения узлов контурно?-поверхности, с которой они связаны;

- перемещение узлов кончурной поверхности и элементов конструкции с ниш связанных, характеризуется в кавдоы узле I контурной поверхности бивектором перемещений

• _ . % ;

где - вектор углового перемещения узла £ ;

Й - вектор линейного перемещения узла С ;

о) - оператор Клиффорда, выполняющий роль некоторой комплексной единицч, обладающей свойством сОЧ 0;

- для вывода основных формул используется метод сил н метод перемещений;

- вое исследования и выводы проводится в предположении малых перемещений и деформаций контурной поверхности и элементов конструкции в предегэх упругости материала.

Внешние нагрузки, приложенные к узлам I характеризуются бивекторами , компоненты которых задаются в координатных

системах натуральных осей 2",П В, связанных с узлами своей параллели (рис. I ) . Бивекторы ^ представляются 'в виде 6x1 столбцовых матриц.

^ (I )

Стер-Цевиа сферические купола представляют собой пространственные циклически симметричные системы, поэтому с целью упрзце-ип.:: их расчета целесообразно применить об^ие положения теории

* »4

распета циклически еишетричи : систем. В соответствии с этим жлчщая я-оотойен-А /у разлагается на симметричную и антисиммет-; • рт-'г.-я состакчяюцк относительно н которой произвольной плоскости сг.даетгйи системы, лрилкиаемой • л кулевуя. Компоненте пг^х.-гяаплг^тся в вид« сумм тригонометрических рядов:

Рис. I Стержневой сферический купол

- ли -

во

/>*о 'г-« \ >

где JD и 1 - номера членов рядов;

и f^'- 6x1 матрицы коэффициентов тригонометрических рядов; ^ и С'*, - 6 х 6 диагональные матрицы, которые равны

cosjit'p cosj>t<f> cosjzi^ S/'njoty s"y><y j ,

C'r, - jccs?<!fi> sin Sj/) stft Zc^ cos у cos ; I - номер расчетного узла на данной параллели;

Р ¡¡г

" /77 " уГ0Л Ч,11!ЛИЧ6СКОй симметрии; т - число узлов ¿' на данной параллели.

- Первые суммы <2 ) представляют собой нагрузки симметричные, а вторые антисимметричные относительно нулевой плоскости.

Коэффициенты членов рядов С 2 ) ( матрицы f^ и определяются следующими выражениями:

>?-фу*. Л tr'-ifе*. сз>

/.в . t'6

Перемещения узлов купола характеризуются бивекторами перемещен ^ , которые также представляются 6x1 столбцовыми матрицами ,

■ к«, ifaJh Л Л] >

где t - номер узла.

'¿ели нагрузки, действующие на циклически стлмэтркчну» снсте->iy, е еидз тригонометрических рядов, то комопонен-

ты. V* шре^еяята»: выражеяяяшк

- i. i -

а) при воздействии симметричных нагрузок

V/.-^V ; С4)

б) при воздействии антисимметричных напэузок

V.--&V. ' ■ Г5)

Компоненты V¿ и определяются также по (4 - 5) с заменой индекса L соответственно на / t & и т.д. В выражениях (4-5) V* есть бивектор главных перемещений узлов данной т ' раллели.

Для расчета стержневой конструкции исользован метод перемещений. Основная система образуется введение« в узлы конструкции жестких тел (дисков) и раскреплением их упр. гими связями, устраняющими линейные и угловые-'перемещения узлов по направлен»» осей Т,Л г & * Стерший купола соединяются с узлами упругими связями. Узлы- П , /7+1, В , Г7 , являются опорными и сарнирно закреплены с жестким опорным контуром. Д~я расчетного элемента гп0 , -мделен--- • носо из система центральном углом ф (рис. 2) канонические ^-равнения имеют вид:

К.с ?<,. + С- Ъ Zui Ч'< i

& zj * z* - • .

/£a & z- *rA¿Zj , , ,

. (

tbi, ^ A'Z -v ^«s/Zy ■*&«./> * *

(б )

В системе С б ) коэффициенты Г представляют 6x6 матрицы компонент бивекторов реактивных сил в связях узлов, которым соответствует первый индекс, вызванных единичными перемещениями узлов, которым соответствует второй индекс;

, - & х I матрицы компонент бивекторов переме-

щений узлов 0,1,... ,¿/-1 по направлению осей Т ,Л , В , связан-га с этими узлаык;

А/ , , •• • . - 6 х I матрицы компонент бивекторов реактив-

ных сил в связях узлов О tj ,к от воздействия внешней нагрузки.

Коэффициенты канонических уравнений ( б ) определяются следую-

щими выражениями:

по/ аЛ(*' а о, А?

К, -»£ < *

г:

/Та -¿У +С, ->£< *С/ ;

' /ЦШ ~ С-1М С/* ^<-1 т С.1Н ТС.(*/ ^

„Л/Я * Л'

V «4- +</

С 7)

'Мк'Г с./», +с.А.,

... л^'" V» А"-'

где , Со . -6x6 матрицы жесткости стержней, г.ри-

♦ Се

мхгтаюцих к узлам номер которых определяется первым индексом при € . ^Знра^ения дл:<; остальных матриц получатся подстановкой соответствующие !ш-.екс<эв в последнее уравнение системы ( 7 ) . Об-дее и.-рат.енне .для определения матриц имеет вид

с 8 )

\ \

где ( и ^ принимают значения индексов матриц ( 7 ) ; Пц бхб матрицы преобразования компонент бивек-

торов при переходе от координатных систем , к систе-

мам ^тВ | 3/%/} соответственно;

- 6 х б матрица единичных реакций. Координатные системы Н'г/>г и М^г - это системы натуральных осей X , П, В , связанных соответственно с узлаш / и </ .В координатной системе 7/гз определяйте^ комопоненты , вызванные единичными перемещениями по направлению осей ,7из , ¡¡¡е* < Системы С/из и Згцй связаны соответственно также с узлами ( И > '

Матрицы преобразования компонент бивекторов П/ определяются

выражением

0

С.9 3

0

где - 3 х 3 матрица.косинусов углов, образованных

осями координатных сис*ек Э,гз и И^-пВ » О - 5x3 нуль матрица.

Составление матриц преобразования компонент бивекторов несложно, они опредэляются из геометрических соотношений рассматриваемой системы. Главным при определении матриц жесткости £ является нахождение компонент матриц единичных реакций Г .

При выводе, матрицы единичных реакций стержня с упруго-деформируемым закреплением в узлах вводятся следующие -допущения: попе, речные и продольные' силы на углы поворота опорных сечений не влияют; материал стер.«тй и связей лниеГно-улрупй, и деформации линейно связаны с прикладываемой нагрузкой; при изгибе справедлива

гипотеза плоских сечений, при кручении соблюдается принцип Сен--Венана.

Расчетная схема такого стертая представляется стержневой моделью с жесткою уздами, к которым посредством упругих связей цпишкают сами стержни (рис. 3) . В соответствии с принципом независимости действия Лил н принятыми допущениями в работе получены матрицы единичных реакций прямолинейного стержня постоянного сечения с ^труго-д&формяруешт закреплениями в узлах при осевых воздействиях, изгибннх, крутильных дефошациях и линей«ых смещениях, путем обращения соответствующей матрицы податливости

5 *

У

. что энаои-ельно упрощает ее вывод. Тогда

.Гг-ГфА-'.ргуХ'.п. ио,

Здесь: ¿) л - соответственно матрицы податливости и ¡вескости стеркня с упруго-деформируемым закреплением в узлах; & и - то же, с жестким закреплением в узлах; ^ - «атрща податливости упругих связей; Е '- единичная матрица. ' ' '

Матрица единичных реакций в узле I конечного элемента ^ {с упруго-деформируемьтми связями в узлах / >а/' вызван-:шх единч'"чнми перемещениями узла * по направление главных осей инер-глн поперечного сечения элемента имеет вид; ■>

0 , л-

■ЩШ^Яо о

О о

О ь

0 0 о

° \ о о

6 о о

Ш)

о

О о о

о о

(

• \/<

Рис. 3 Элемент выдэл#йй£гй Фгоргкевой снатеаиг:

а - стержневой элемент; б - узла $ ^ (^ЖВШсив диски ) %

в - упруго-податливые связи ;

/200

{ООО

вор

6 00

* с° ---с - V /

С*' <?г ',*27е

—.— С ~ 92"у

——— ЭДйЗПЩтмзн^

Рис. 4 Изменение жесткости узлового соединения С в зэчисимо-! сти от налравлеккя дейст&кя гзра^м»-цлх моментов в узле

¿5 б** 00

Матрица единичных: реакций узла / стертая 3(1,/), вызванных единичными перемещениями противополокного узла г по направлению главных осей инерции при упруго-податливом закреплении его В узлах / , у :

О б

О 0

о о

6г

Л

о о

(«2/0

€

О

8

О

г/и-

0

01

о о

-2'м О

О О

о о

Ы

С12

Эдооь велвяккы ¿п, представляют погонные жесткости

сЯ^ряня $0,,/) на деформации растяжения (сжатия,) , смещение и опоры в двух.плоскостях, а также кручение: / . . ¿,

~ёГ

с • у.. ТГ~>

-й-

Л '

' здзсь и ранее в /^.гвжоэдге'РПМ гггпятчгиялмук« »тптйпъпг ляяшай. ппиррпоишй тс пптгяччш

податливости концевых связей, приведенные к податли вости деформируемого стержня:

0 . . • р £7

// ?

/ - • М- ■ - ' и" •

,ф£*с?Ф ' ' е<с?ф' /'У "еД;.' А> *

, ■/, С(ф - коэффициенты яесткости узловых связей.

Матрицы С ц-12) единичных реакций .имеют достаточно общий би

Так при у"/ = /у = 0 они справедливы для стерння с абсолютно яес ким защемлением концов.

После определения матриц единичных реакций и матриц преобразования компонент бивекторов /7/ , по С 8 ) определяются матрицы жесткости <? , входящие в выражение С.1?) • Затем вычисляются коэффициенты канонических уравнений С б ).

При расчете циклически симметричных систем методом перемещений достаточно составить канонические уравнения для одного узла каждой параллели узлов. Они являются типовыми для всех узлов данной параллели. Из (4-5) следует, что для каждой параллели узлов неизвестными являются шесть перемещений - компоненты бивектора

У* , Неизвестные канонических уравнений С б) выражаются через компоненты бивекторов главных перемещений. Решив канонические уравнения (■ 6 ) , определяем компоненты этих бивекторов, затем по выражениям (4-5) определяются перемещения всех узлов купола. Перемещения узлов от каждого члена разложения нагрузки после их определения суммируются.

Усилия в сечениях стержней купола определяются выражением

А; = * , с к)

где нижний индекс матрица • соответствует стержню, а верхний -- сечению стержня, в котором определяется усилия. Выражения т\ля ма рчц усилий в других сечениях получаем подстановкой в(13) соответствующих индексов.

Третья глава содержит описание и результаты экспериментальных исследований конструкции гупола, Комплексное экспериментальное . исследование проводилось с целья:

- определения основных закономерностей изменения напрятетм--деформированного состояния системы сг воздействия внешних нагрузок при различных схемах загрузссния}

- проверки допущени* и гипотез принятых в расчетной схеме

«ха -

4 экспериментальной конструкций}

- оценка работоспособности конструкции в ходе испытаний и эксплуатации под нагрузкой.

В соответствии с поставленными задачами для экспорименталь-" ного исследования была разработана конструкция купольного покрытия из сборных клееных деревянных элементов. Каркас купола представляет стержневую систему части 180-гранника, вписанного в сферу радиусом 10,05м. Диаметр купола в основании 18м, стрела подъема 5,5м. Состоит из 75 клееных деревянных стержней 3-х типоразмеров, образующих треугольна^ ячейки с размерами сторон от 3,5 до 4,0м. Стержнегае элементы с поперечным сечением 100 х 180мм выполнены клееными из досок хвойных пород толщиной 33мм. Стержни соединяются в узлах парными металлически^ накладками из листово? стали толщиной 4мм посредством 2-х срезных болтов ^иаыетром 10ш, Мвжстерлшевое узловое пространство заполняется полимербетоном. Конструкция монтировалась на 15 хонтрфорсннх опорах выполненных из заполненных бетонон труб, заделанных в ростверк.

Испытания конструкции купола производились вертикальными нагрузками. Для этого нагрузка прикладывалась через подвески сос редотоенно в узлах. Основные экспериментальные исследования выполнялись при нагрузках в пределах расчетной величины.'В зависимости от расположения нагрузки работа каркаса купола исследовала при трех схемах вагр}..;ения: сосредоточенная нагрузка в централь? чом узле, нагрузка в узлах трех блоков симметрии купола и троть; схема включала загружение всех -гзлов.

Б ходе экспериментальных исследований проводились измерзши краевых дейормаций, вертикальных перемещений и податливости соединений в у?лпх. конструкции, .Для уменьшения количества приборо: учитывалась симметрия.

Характер развития усилий и перемещений при всех схемах загру-жения был практически явдейшш. Что соответствует принятым в расчете гипотезам и допущениям (рис. 5) . Экспериментальные величины усилий и деформаций как правило бит меньше теоретических. Разброс результатов в симметричных узлах не превышал 12^. Величина остаточных деформаций была около дчя прогибов и для податливости.

а.

лЛ

К

41

Г в

\4

7

/

А-

8 7 6 т ь з г / ^ . г 4 <г в » к п <■«

$ 7 б л- « л <> / а з * ¿ 8 /с /г

Рис. 5 Продольные усилия М в стержневых элементах и вертикальнее перемеяеяия № узлов гкгперкмэнтал'ьной конструкция купола:

а полное эагруменяе конструкции; б. н9?йЧУ4гри«отов »агрртеияе

На одном из этапов испытаний при полном загружении в течение 250 часов проверялась работа купола на воздействие нормативной нагрузки (Д.БОкН/м2). Исследования показали, что деформации носят затухающий характер. ,

Дня выполнения статического расчета купольного покрытия с учетом действительных жестхосгных характеристик узлов конструкции были проведены испытания одного из них на специально разработанном стенде. Вычисление коэффициента жесткости производилось с построением графических зависимостей "нагрузка-дефрма^я". Полученная из графиков средняя величина коэффициентов жесткости при растяжении и сжатии равнялась С° = 10,6 •Ю'кН/м, при деформации кру-цуния С*Р = 6,2-10~^кН м/рад. Среднее значение коэффициента жест-кзстй С при изгибе, Когда <* ( уго^г между направлением действия силы и осью I поггеречного сечения элемента, сл. рис. 3 ) изменялся с шагом в 22,5° в пределах от 0° до 90° находятся в интервале от ЮбОкй ы до 510кН м.' Приближенно С* можно определять из вцр&тания, полученного по методу наименьших квадратов:

ШО , (Х4)

Р.О/г/А +С.9В6

¡Г|рафики изменения С^ в зависимости от угла </ .. а также ЖЗ^®® уравнения связи показаны на рис. 4 . .

С целью исключения трудоемкости испытаний по оценке прочности узловых соединений и повышения, точности результатов экспери-иешга разработано устройство в виде опорного контура, позволяющего моделировать деформативность смежных элементов и податливость узловых соединений целой конструкции. Для этого опорный контур устройства имеет специальные упругие элементы, использование которых позволяет имитировать работу фрагмента конструкция /узла) в составе всей системы. "

Отдельно рассматриваются трехлетние наблюдения за интенсивностью снегоотложения на покрытии многогранного сферического купола в условиях города Архангельска. Они показали, что снег по образующей и окружности купола распределяется резко неравномерно. Основной снег накапливается на заветренном южном и юго-восточном скатах с увеличением интенсивности на межреберных полскостях. Средняя плотность снега на земле на 10-20^ превышала среднюю плотность снега на кровле.

Учитывая специфику метеорологических нагрузок, эти исследования автор планирует продолжить.еще в течение ряда лет для накопления статистических данных, для последующего уточнения норм проектирования сферических куполов.

6 четвертой'главе приведены результаты численных исследований и даны рекомендации по инженерному расчету стержневых куполов из клееной древесины. Численные исследования проводились по программе "ВРОС, разработанной автором, с целью определения степени

влияния податливости узловых соединений на напряженно-деформирован-• *

нов состояние купол- при различных схемах загруяения. При этом использовались полученные экспериментально жесткостные характеристики узла с/*' =0.30; у*'- у»;' «0,17. «0,08; у "-О,»).

Для оценки точности, достоверности теоретических исследований, а также выявления влияния неучитывамцих ^акторов проведено сравнение результатов расчета Ш "МИРАЖ" и программы "Ш)0".

Исследования показали, чт" при несимметричном загрутении влияние лссткости "зловых связей на величины усилий в элементах купола незначительны. Значение продольных сил отличается от полученных при шарнирном соединении »0 ) не б-лее чем на

При симметричном загрухении конструкции купола.существенно увеличивае-чтя влияние .чес-кости связей на усилия в ^лемчнтах. Это

приводит к некоторому перераспределению усилий в пределах от 5 до (табл. I).

Анализ результатов вертикальных перемещений показал, что неучет податливости узлов может привести к погрешности в два и более раз (табл. 2) .

Результаты экспериментальных исследований досгаточно хорошо согласуются с теоретическими результатами, что свидетельствует о достоверности теоретических разработок второй главы, а также справедливости принятых гипотез и допущений.

■¡о

Схема расчетного блока (1/5 купола) к таблицам I и 2

таблица I.

р Продольные усилия в стержневых элементах

стержня купола при симметричном загруженчи, кН

шарнирное соеди- упруго-податли-

нение эо& соединение эксперимент

0-1 * ~11,21 , -11,15 -9,81

1-2 -4,33 . " 4,36 - 4,03

1-3 -12,38 -11,23 -10,12

1-5 ' — 7,81— -7,81 - 6,98

2-5 -7,81 -7,81 - 7,04

3-5 - 0,86 • - 0,70 - 0,58

4-5 -0,86 - 0,70 - 0,62

3-6 -11,99 -11,93 -11,43

.3-7 - 6,57 - 6,57 -6,30

5-7 -31,40 -П,39 -10,78

5-8 -11,40 ' -II, 39 -10,88

4-8 <-6,53 - 6,57 - 6,07

/

таблица 2.

да

узла

0

1

2

3

4

5

Вертикальные перемещения узлов купола, см 10""*

атарьирное соеди- упруго-податливое

нение соединение эксперимент

- 13,62 - 27,08 - 23,10

- 7,60 - 15,20 - 13,80

- 7,60 - 15,20 - 12,50

' - 2,02 - 4,05 - 3,80

- 2,02 - 4,05 - 4,30

- .2,96 - 5,92 - 6,50

В конце четвертой главы даются рекомендации по конструированию и расчету купольных конструкций. В конструктивном расчете

при проверке прочности отдельннх сжато-изгибаемых клееных деревянных элементов опорные моменты и реакции определяются из выражгчий: а/ нагрузка распределена позакону треугольника

б/ сосредоточенная нагрузка в середине пролета

При проверке на прочность узловых соединений расчетное сопротивление ,цравесины сжатию под углом к вохогчш определяется иг выражения: ,,

Здесь а - расчетное сопротивление древесины сжатию вцоль волокон; '

у? и /т? ноэффименти определяется ВЕфаягекияюг У5-» С с-с/) /?с а; .^¿с -Ы) ,

где

. ; 'А .; ~ -

и - коэффициент, зависящий От угла .

ПриОв<оС< 45° Н =^«.=2,97; при 45"<^< 90° /¡' -.^-2,50.

л - .

О, 9,/£- '

где £ , / , 3 , /7 - соответственно геометрические размеры площади смятия и поллого поперечного сечения.

основные швода

■ I. Разработана стержневая купольная конструкция диаметром 18м из сборных клееных деревянных элементов, имеющая технические и экономические преимущества в сравнении с радиальными. .

2. Выполнено уточнение методики расчета стержневого купола

г

по методу конечных элементов в форме перемещений с учетом упругой податливости з ллов и циклической симметрии конструкции. Получены матрицы единичных реакций прямолинейного стержня с упруго-дефор- ; мируеными закреплениями в узлах. •

3. Дня реализации расчета получены жесткостные характеристики, узловых соединений купольной "онструкции. Разработана установка для испытания узлов пространственных стержневых систем, позволят,ая моделировать деформатипность смежных элементов ".податливость узловых соединений конструкции на отдельном фрагменте за счет специальных упругих элементов о заранее заданными характеристиками жесткости ( положительное решение на заявку № 4693981)

4. Приведены экспврименталыша исследования стержневого сферического купола из сборных клееннх деревянных элементов доаметроы 18м. Результаты, полученные по предложенной методике расчета ку-полышх, конструкций, удовлетворительно согласуются с данными.экспе ршентальных исследований.

5. Составлена программа расчета с применением ЭШ-ЕС для стержневого купола с учетом податливости узловых соединений и использованием суперблоков циклической симметрии.

6. Проведены численные исследования работы стержневого каркаса купола при воздействии на него вертикальных нагрузок. Исследовано влияние жесткости узловых соединений на распределение усилий в элементах и на вертикальные перемещения"узлов. Результаты исследования позволяют сделать вывод, что при симметричном загру-жении податливость узловых соединений оказывает существенное влияние на величины усилий в стержнях купола, а также на вертикальные

\

перемещения узлов. Таким образом подтверждается необходимость принимать узловое соединение купола из клееной древесины как упруго--податливое, а не рассматривать его как шарнирное, т.к. в этом случае напряжэнно-дзформированное состояние системы не отражает реальной работы конструкции (погрешность для усилий до 22М .перемещений в 2 и более раза ) .

7. На основании выполненных наблюдений за сезонным снегоотло-жением на поверхности сферического купола в условиях г.Архангельска предложены рекомендации по учету снеговых нагрузок на поверхности сферических куполов.

8. Предложена новая конструкция узлового соединения стержневой системы, в которой для соединения элементов применены треугольные приаш с зубчато-шиповой нарезкой, скижаицие деформатквность узлового соединения ( полежи1 эльнов решение на заявку Р 4711X4) .

. Э. Разработаны рекомендации по конструированию я расчету стгриг^вых куполов из сборных клееных деревянных элементов на упруго-податливых связях, позволявшие пошеять достоверность раочето" с учетом свойств материала и действительной жесткости соединений.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Гурьев А.Ю., Лабудин Б .В., Лебедев В.А. Купольное покрытие диаметром 18 метров //Науч.-техн.достижения и изобретения, рекомендуемые дня использования в строительстве:, Информ. сб. -

- 1990. - Вт. I. С 16-17. ,

2. Лабудин Б.В., Гурьев A.D. Экспериментальное покрытие из клееной древесины //Промышленное строительство,- 1988. -№12. -

С 20-21.

3. Лебедев В.А., Гурьев A.D. Геометрические соотношения дая расчета сферического стержневого купола //Методы расчета сложных строительных конструкций с учетом свойств материалов. Л., 1990.

С 3-9.

4. Гурьев А.Ю. Экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния фрагмента покрытия/ Архангельский лесо-техн. ин-т. - Архангельск, 1938. -6с. - Библиогр.: 2 назв. Деп.

во ВНЖИС 02.11.88, Ю712.

5.* A.c. 4693981 СССР, М.Кл.5. GM 5/00.Устройство для механических испытаний строительных стержневых конструкций. Гурьев AiD., Лабудин Б.В.; Ленингр. инж.-строит, ин-т. Заявлено 10.11.89, Положительное решение от 12.04.90.

6. A.c. 47II704 СССР, М.Кл5. Е 04 В I/3S. Узловое соединение элементов пространственного каркаса. Лабудин Б.В., Лебедев B.J Гурьев 1.Ю.; Ленингр. -та.-строит.ин-т. Заявлено 27.06.89. Положи' тельное решение от 19.12.89.

Р. flt/c*. -УаЛЛЖт/сэ , , //¡я? Sj

/

\