автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Повышение качества проектирования, изготовления и монтажа каркасных облегченных арочных зданий

Р Г Б Ой

На правах рукописи

? г; К Л <7 V•.••;; 3 ¡Л'и

Хусаинов Дамир Миннигалеевич

Повышение качества проектирования, изготовления и монтажа каркасных облегченных арочных зданий

специальность 05.23.01 - строительные конструкции,

здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань 1996

Работа выполнена на кафедре металлических конструкций и испытания сооружений Казанской архитектурно-строительной академии.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Пикулев H.A.

Научный консультант - кандидат технических наук, доценг

Кузнецов И.Л.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Клячин А.3.

кандидат технических наук, доцент Столбов A.B.

Ведущая организация - проектный институт

"Проектстальконструкция" г.Екатеринбург

Защита состоится Q^aa^H 1996 в часов

на заседании специализированного Совета К 064.77.01 в Казанской государственой архитектурно-строительной академии по адресу: 420043, г.Казань, ул.Зеленая, 1 ауд. 7?

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке академии.

Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отзыв в двух экземплярах по адресу: 420043, г.Казань, ул.Зеленая, 1, специализированный Совет К 064.77.01.

Автореферат разослан

" /ftWf^f 1996 г.

Ученый секретарь специализированного

Совета, кандидат технических наук,

доцент А.М.Сулейманов

Общая характеристика работы.

Актуальность работа. Простота изготовления и монтажа алиментов, эффективность конструктивной формы каркасных облегчении:-: арочных зданий (ОАЭ) способствовали тону, что их применение приобрело кассовыП характер. Практическая реализация ОАЗ потребовала проведения комплекса поисковых, теоретических и экспериментальны:.: исследований, в результате которых были разработаны эффективные конструктивный решения, методики и рекомендации по проектированию, изготовлению и монтажу ОЛЗ, обеспечивающие снижоние их иассы, трудоемкости изготовления И монтажа. В то же время по сравнению с более распространенными стоечно-балочныии системами металлоконструкций, ОАЗ можно рассматривать как нсвуп конструктивную) форму, для которой еще не решен ряд задач, необходимых для их успевной практической реализации, в частности, отсутствуют исследования по оценке их действительного состояния, качества изготовления и монтажа. Анализ причин аварий, результаты рыборочных обследований конструкций при изготовлении и монтаже ОАЗ показали, что для арочных зданий является актуальной проблема обеспечения качества их проектирования, изготовления и монтажа.

Целью работы является обеспечение и повышение качества проектирования , изготовления к монтажа каркасных облегченных арочных зданий, для достижения которой реиэлнсь следующие задачи:

.- оценка действительного состояния смонтированных и эксплуатируемых ОАЗ, общего уровня качества изготовления и монтажа элементов;

- анализ причин аварий, выявление характерных дефектов, причин их появления и сценка их влияния на нчсуцую способность ОАЗ;

- разработка методики определения допусков при изготовлении и монтажа несущих конструкций ОАЭ;

- разработка способов и методик контроля качества изготовления элементов ОАЗ;

- разработка конструктивных решения, способов монтажа, рекомендаций по проектированию с цель» поникания качестпа монтажа и несущей способности ОАЗ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- А -

- впервые выполнены системные исследования по оценке действительного состояния, качества изготовления и монтажа смонтированных и эксплуатирующихся САЗ по результатам натурных обследований и агализ причин имевшихся аварий ОАЭ;

- выявлены характерные дефекты ОАЭ и разработаны рекомендации по учету их влияния на несущую способность арок; .

- разработана методика определения допусков погрешностей изготовления и монтажа несущих элементов ОАЭ;

- разработаны способ и методики контроля клчестаа изготовления несущих элементов ОАЗ;

- разработаны рекомендации по расчету несущих конструкций, повышению точности монтажа ОАЗ, по оформлению проектной И сопроводительной документации к комплектам ОАЗ.

Практическая значимость работы состоит в той, что результаты ; исследований в виде разработанных методик и рекомендаций позволяв юг обеспзчить необходимый уровень качества проектирования, изготовления и монтажа каркасных ОАЗ. " • .

Апробация работы. Основные результаты работы доложены , и : обсулдсны на Международном научно-техническом симпозиуме " Меха-:-ника строительных конструкций из новых материалов и проблемы практического внедрения в производство" (г.Комсомольск-на Амуре, ' 1993 г.), на 1-ой.Международной конференции "Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности металлических конструкций и методы их решения" (г.Санкт-Петербург, 1995..Г.); на Юбилейной научно-технической конференции строительного факуль-V тета, посвященного 75 - лети» УГТУ-УПИ (г.Екатеринбург, 1995 г.), на Международной конференции "Металлостроительство-9 5" (Донецк-Макеевка, 199$ г.), на научно-технических конференциях про- : фессорско-преподавательского состава Казанской ГАСА (г.Казань^ 1993-1996Г.). . . ' v :..'■ ' ■ V

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ. ;

Обьем диссертации. Диссертация'состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 108 наименований и приложений. Общий обьем работы 203 страниц, в том числе 70 страниц рисунков и таблиц.

- 5 -

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и дана общая характеристика работы. Указаны обьекты внедрения результатов и апробации работы.

В первой главе приведен обзор н анализ используемых конструктивных решений ОАЭ. Дан обзор исследований, посиящешшх оценке действительного состояния и обеспечению качества иэготоп-ления и монтажа металлоконструкций промзданий. Определена цель и задачи исследований.

Из разработанных конструктивных решений ОАЭ наибольшее применение всладотвии простоты и эффективности своей конструктивной формы полумиля каркасные ОАЗ. Развитию методов расчета, раяработ-... ке экспериментальных магодов исследований, внедрению эффективных конструктивных решений каркасных ОАЭ посвящены работы Кузнецова Косивцева Г.В., Гольтяхсва К.А., Пеньковцеаа С.Л., Салимова

A.Ф. В тоже время отмечается отсутствие для каркасных OAS иссла-f. дований, в которых бы оценивалось их действительное состояние, :. качество изготовления и монтажа, влияние характерных дефектов,

^освященных анализу причин имевшихся аварий, нормативных документов и методик, определяющих допуски основных параметров конструкция ОАЭ при их изготовлении и монтаже, что способствует, учитывая массовое применение каркасных ОАЗ, возникновению отказов их несущих конструкций, ■

Огиачается, что проблема обеспечения качества изготовления и . монтажа металлоконструкций промзданий многомерная задача, решении которой посвящено значительное количество работ с различными ни-зеепризеденнымн направлениями исследований. Исследованию дойстви-тельной работы металлоконструкций и их соединений, уточнению методик их расчета, выявление резервов их несущей способности посвящены работы Я.С.Стрелецкого, Е.И.Белени, В.В.Бирюлева,

B.В.Горева, В.В.Кагсшина, В.В.Калснова и др. Исследованию действительного состояния металлоконструкций промзданий на основе их натурных обследований, выявлению их характерных дефектов, разработке рекомендаций по повышенно качества их проектирования, изготовления и монтажа посвящены работы А.И.Кикина, Б.Н.Кошутина, В1В.Филиппова, Г.А.Эстрина, Ю.С.Эглескална и др. Оценке влияния

характерных дефектов и несовершенств металлоконструкций на их нчсущую способность посвящены работы В.В.Косорукова, Н.Г.Сотнико-ва. А.И.Конакова, А.А.Опланчуке и др. Причины аварий металлоконструкций произданий рассмотрены в работах Б.И.Беляева, В.С.Корниенко, М.К.Лгиценко; М.М.Сахковского, А.М.Титова, Б.В.Филиппова . Исследованию точности изготовления и коитажа металлоконструкций каркасных прокзданий, оценке влияния геонеэрических погрешностей монтажа нссуцих конструкций пронзданий яа их несущую способность посвящены работы В.В.Филиппова, А.С.Котлова, В.С.Сыт-ника, Ю.В.Столбова, Н.Д.Корчака и др. Совершенствованию норм допусков изготовления и моятажа металлоконструкций каркасных прокзданий г; освящена раСоты В.Э.Филиппова, Н.Д.Корчака, А. С. Кот лова и др. Приведенный обзор работ свидетельствует о большом научном и практическом интересе к вопросам оценки действительного, состояния и обеспечения качества металлоконструкций, однако, ориентированность на стоечно-бгпочные и ранние системы, специфика конструктивных решений и особенности действительной работы ОАЭ на позволяют в полней мере использовать результаты проведенных исследований для оценки действительного состояния и обеспечения качества их изготовления и монтажа ОАЗ.

Яа основании проведенных обзоров и анализа состояния вопроса сформулированы цели и задачи настоящая работы.

Во второй главе расскотршш применяемый в практике строительства конструктивные решения к используемая на заводах-изготовителях технология изготовления элементов каркасных ОАЗ. Проведен анализ имевшихся аварий каркасных САЗ с выявлением их причин. Ванн оценка действительного состояния каркасных ОАЗ по результатам натурных обследований выборки из 30-ти ОАЭ.

Отмечено, что к типичным недостаткам технологии изготовления на заводах-изготовителях ОАЭ можно отнести слабый уровень контроля качества продукции, еследствии отсутствия аффективных способов и нетодик контроля. Выполнен анализ имевших аварий каркасных ОАЭ, на основании которого составлена классификация причин их аварий, (рис."). Рассмотрены случаи характерных аварий ОАЗ с указанием типичных факторов, явившихся причинами обрушения их несущих" конструкций.

Выполнена оценка действительного состояния ОАЗ по результа-

Классификация прачян агараа арочнкх зяаняа

...-.ГЕрог-нля

Оаибки изготовления

1 зоск 1

о?ор I

Сшийот при проектировании арок вследствие неучета особенностей их конструктивных ре-беэрао-."Х'йкся рететкя. |кг:!??айк яояссз

!ПЛОСКОСТИ

а т.д.

Неугачные хонструк-тквнь-е решения опор, изменяющие расчетвув скему арки и ¡ж не о£еспб-чи-вакале восприятие распора

.¡■»полнота

У ОТСУТ-СОПрОВОйИ"

телълоа

:>ГМ Я,. -•>-

—стноа

Недостаточная точность азготсз-ления секций арск

Ошибки ыонтага

Исполь- Неуста- Низкое Внесе-

'сванке новка каче- ние

принуди- несбхо- ство изме-

тельных яииых выпол- нений

усилий связей нения £ КЭК-

при мон- опор- струк-

таж? кости

арок на конст- арок

опоры. рукций I! ОПСр

приводя- арок л га

щие к ¡.'.онта-

преанап-

рях&шш

Няэхов качестзо сварных сселя-

кениЗ

еехиж

грек

конструктивные отклонений секций грек ст проектных

■¡ЧМЛТ-

ров

Ошибки эксплуатации

Исполз- Вкесгнке Нарууенае

3032К11? кзме.чешга условий

зоочнах з конст- эксплуа-

-злак;;;: в рукт;.,! тации*

ргЛсйгУ- арок пр'л

со сне- установке

говое обору^о- В

ззк;:я и техкк--

к ей. '."г— чс-ок;;:

Лр<гЗ«- кацил перегруз-

ят не-

расчет- СУЗXV.

нув хснструк-

• К'-—

ПС.ЧЬ30К1-

срелах |

тэм на.урнок (^следований иыборхи иэ 30-ти зданий. Обследования зданий прэпедеиы на территории республики Татарстан и в Г.Сно-лонс.че. Выявленные характернее дефекты монтажа нес-учих конструкций ОАЭ с виличинани частот их появления, определенные по результатам обследований, приведены на рис.2. Проверка несущей способности о\3 1ыборхи о учетом их фактического состояния и районов их местонахождения показала, что САЗ выборки не обладает достаточной иесуцей с.ю<< чбностыо. Выяглен общий низкий уровень качестве монтажа я эксплу-дтации ОАЭ. о чем свидетельствуют результаты лроъерки их нссутой способности и высокий уро&снь дефектности элементов ОАЭ (см. рис,2). Значительное количество зазоров во фланцевых соединениях екций и величины отклонений пролетов гроя от проектных эчачекии сьидетельстьуют о низкой точности изготовление отправочных элементов арок, которая в сочетании с низким качеством монтажа является одной из основных причин появления недопустимых дефектов и отклонений в арках. Выявлен общий низкий уровень изг томления секций арок, имеющих дефекты в сварных соединениях элементов, в виде раецэнтровки соединения раскосое ь узлах секций и др., что такье свидетельствует о низком уровне правомочного контроля на заводах- изготовителях ОАЭ. , На основании анализа причин аварий, результатов натурного обследования ОАЗ был сделан вывод о пеприемлимо низком уровне качества изготовления и монтажа каркасных ОАЗ и необходимости разработки и внедрения комплекса мероприятий ся повышения к обеспечения качества их изготовления и монтажа.

Ъ третьей главе приведены результаты численных и экспериментальных исследований по оценке влияния несоверавяств расчетных схем и характерных дефектов арок на их напряженно-деформированное состояние (НДС).

исследовано влияние на НДС арок несовераокств их расчетных схем при замена решетчатого сечения арок спловтык эквивалентным и принимаемой в расчетных схек х различной жесткости узлов рашвтч*-тых арок. Выполненные численные исследования дали следующие результаты: погрешность определения расчетнкх усилий а арках при закгне решетчатого сечения сплошным эквнааг-»итмёш сосийкляет 2-ЬХ, микнием жесткости узлов ресетчатык арок ОАЭ ил их ИЛГ- при внбир<» расчетных схем арок можно ,феивбргчь>

Выявлено по результатам иатурн»:: обследсчан «Ч р'дбсрг.и олз разнообразие используемых типов конструкций опор арок, что предполагает различную степень их подамгаости от на-руаки. рассмотрены численные примеры расчетов арок для оценки 1лияния н.\ их Ь^С глубины заложемия. грунтовмх условий, типов нспотизуелих . конструктивных решений опор арок, отмочено, что податливость опор арок в эапиности от используемых конструктивных решений опор и грунтовых услоний может существенно влиять на их НДС, чтс. следуот учитывать при »ибере расчеткои сх<_.чы арки и лроектмропанип опорных конструкций- Даны рекомендации по выбору расчетных схем арок с учетом конструктивного решения опер и грун1звмх условий основания .

Исследовано влияние иа нозуцуа способность арок оАа характерных дефектов их монтажа: дефектов оперных узлов арок, искривлений поясов арок из их плоскости между точками их раскрепления, дефектов фланцевых соединений арок в пиле ослабления затяжки болтов и зазоров.

Анализ дефектов опорных уяло» арок выявил, что момно выделить две характерные группы дефектов: изменявших схему опиронии арки на опоры и вносящих дополнительную податливость с соединение арки с опорой, расмотремы причины их появления, даны рекомендации по учету их влияния на несущую способность арок.

Далее приведена методика расчета боковой устойчивости понсов ресетчатых арок с начальными искривлениями. Сжатий участок пэясл арки из плоскости рассмотрен как стержень с различными закреплениями по концам, находящийся на промежуточных опорах и имеющий начальное искривление (рис.3). Форма начальной искривленной оси примята по полуволне синусоиды. Шаг упругих опор равен расстояния между узлами реветки, а реакции упругих опор равны:

- - П| у4 (1)

где - коэффициент отпорности 1-ой опоры. 3. 1ача расчета боковой устойчивости сжатого пояса состояла п определении коэффициента расчетной приведенной длины пояса , при з- ом потеря боковой устойчивости пояса с начальным искриплееиом раосматривалась как потеря устойчивости второго рода. Получены р*. ения уравнения упругой линия методом начальных параметров из

- 10 -

Ра^редегенж* характерных дефектов ОДЗ со реау.чь1атлм обследования

ча.лотп , - ' £3

21

Л.

10.7

10.4

4 „ 6

9.7.

Стклонеш:* с -уцк?. яз ялоо.чст/ арки.

2. Сметни» поясов арок относительно друг другг в плане.

3. йскраялекал нэясоа арок из плоскости на длине более ъжег.» гегду точим: т:х раскрепления.

4. Зазоры а стдазх секций.

6. £е$вктн опорпь;:: узлоа арок.

6. Погисы » е:.^.- кротки и общих деформаций раскосов арок.

7. Погибы з Я!де> тсткых и обвал деформаций поясов арок.

8. Расцбктррзка соедиьеная с кций в плоскости арии.

9. Конструктивные в арках, иепредусмотрекки® простои. -----

Рис.2

Расчетные схемы схатых поясов арок, имзщих начально» искривление иа плоскости

« Р

С*£*е ,

- ~г~

с? Ч М-,йп" ^

Но

и*|

общего уравнения упругой линии сжато-изогнутого стержня, нрнпо денного в формуле:

ЕЗ у''- -Р (у+У) (2)

где у - ордината изогнутой оии стержня относительно первоначальной изогнутой оси, У - а з1п(я:х/1)

С учетом п-1 уравнения вида (1) и уравнения, определенного из решения граничных условий записана система из п линейнш: неоднородных уравнений с неизвестными О. ,:»,,... Г?,.,. Решена система уравнений относительно неизвестных и определены через них пса нпиавост-ные коэффициенты уравнения упругой линии. Так как, цалью использования методики является определен 1е допустимых значений начальных искривлений поясов из плоскости арки между точками их раскрепления с учетон влияния на несущую способность арки других ха-рахтерных дефектов и отклонений, в качестве критерия исчерпаний несущей способности сжатого пояса арки с начальным искривлением было принято появление краевой текучести. Из значения критической силы, при которой появляется краевая текучесть в поясе, получено значение- коэффициента расчетной длины пояса . Предлагаемая методика расчета боковой' устойчивости поясов арок с начальными искривлениями реализована в программе "ВАЬКА". Построены графики изменил критических сил сжатого стержня, определенных по,предлагаемой методике, от величин начального искривления и отпорности упругих опор, определены границы применимости методики, отмечено суаественное уменьшение влияния начальных искривлений на боковую устойчивость сжатых поясов при увеличении отпорности упругих опор. Для проверки результатов проведенных теоретических исследований действительной работой сжатых поясов арок с начальными искривлениями выполнено экспериментальное исследование в виде испытания арки Псковского СПК, пролетом 16.07м с поясами из круглых труб(*60»3, соединенных сгержняни треугольной решетки из уголком 36»4, с длиной панели пояса 56.5 см. Испытание арки проводилось г~1 методике, разработанной на кафедре ПК и .,С Ка-.'ансхой Г аса !•« специальном стенде в горизонтальном положении. В расчетам ссчи-гчи арки, раскрепленный из плоскости арки сжатый участоч нижнего 1. 'яса длиной 1 в 3 панели имел начальное искринление пояса иэ г эскости а»1/500. Напряжения в панелях искривленного почел изка-

рялись о полстью тсизодптчиков, а деформации вспучивания пояса ирогибомерол. При испытании арак икеодесся начальное искривление пояса спределилс характер и «.»правление выпучивания сжатого пояс« арки при со нв.гружокии. Расхождение значений экспериментальной м -'•оригичесчой критической силы, определенней по предлагаемой гя— тодике, составило 754.

По результатам натурных обслядований сыборки ОАЭ вмдмежы характерные дофох'л* типовых фланцевых соединений сехциК ар©» в гиде: ослабления болтов соединения, односторонних и двухстореждах зазорой, уи«личизаючих ¡юдатпивость соединений. Для сцайки влияния падлтливосчи фланцевых соединений поясов решетчатых Ерок иа ах НДС ¿или выполнены числоинкс исследования в виде рл-счо?* яерж-мармирмых арок пролето« 16,5 к по программа "НПЛ"' лаири««/« расчета етержшшых систем о учатся их геокег'ричезхой и ф>«(гч«еямя» коэаолялцей моделировать различную егерем» влдаиле-вдет» стержшгй с фланцеаы«и соединениями. При расчетах вар-

ьировались- числе фланцевый соединений арок, их податли-мсть при рабохе кг- рг-зтяжокне. Гезульт&ги исследований позволили едглага ьк&оа, что» » эавигимссгк от пода?яйьостк, количестве и положения ^'Лвицммх соединений коьег суцастаакно увеличиться дофоркатиа,-ност1, арок, измениться величина расчетных усилий, характер исчерпания несущей способности ерхи.

Для оценки влияния характерных дефе.чгол типовых фланцевых соединений на их работу бкл>» выполнены якг 'срикенталышэ иследования в виде испытания на растяжение моделей фланцевых соединений с характерными дефектами. Модели состояли из следующих элементов: пояса арки изСи 6.5 Гост 8240-70, приварены* к ним фланцев, толщиной Ю им с двумя симметричными отверстиями под болты, соединенных болтами нормальной точности с классом прочности 5.6. Модели фланцевых соединений выполнял;* 3-х типов: с ослабленными или «•затянутыми болтами М1, с затянутый одним велтом к наличием зазора в соединении под другим болтом КЗ, с наличием зазоров под ввуля болтами мз. Величина зазоров 1.оц ($олтами регулировалась за-тячкой болтов и не превыиала 4 им, плотность стяжки моделей проверяли купон. Деформации раскрытия флвкцевых соединений измеряли индикаторами часового типа. При расчетной .¡агрузке соединения

1я разрушающая нагрузха по р*эуль1*г*м испытаний 5 «Лраацо» чпч < • «огс» гигч» модели превышала расчешу» для модели И1 не не-

нее чек в 2.2 раза, для модели М2 з 2.4 раза, для иодеи« КЗ » раза. Для нодолей с заэоргми было характерно изменен!:« схем «ч работы в процессе нагру».ян::я •. на определение»! этапе »ичгрух оп-п вследствии влияния сварочных де$ориэций, сновениг положения фланца и пояса г>рн сварке, возможного эксцентриситетл приложения и.и -, рузкм происходило изменение плоскости дефорнирэваиия •'¿лкицвчосо соединения, что способствовало поопцению разруи'аинси кагруякк пт модели. По получении- результата* эксперимента» податливость моделей при расетной нагрузке лревияяла теоретыческуо, нолуч^кнуи» из расчета полелей по балочным слонин, для лчдеми М1 до З-ч раз, для моделей с лагсрани до 20-35 разрушающая нагрузка подялей

превышала теоретическую р 1.8-2.р раза. По полученным роаультяч численных и .экспериментальных исследований типовых фланцевых соо-динечшй решетчатых арок дани рекомендации по оцечке влияния и допустимости характерных дефектен фланцевых соединений дрок.

Для оценк« влияния характерного дефекта изготовления арок I» виде расцеитрояки соединения раскосов в узлах на их несущую способность выполнены чмелениыо исследования в »ндс рзечога -ыаркирней арки с треугольной решеткой с различной величиной расцентровм» соединения раскосов. Анализ результатов расчетов показал, что значения иэшбгхк^их иоионтоз о у расцснтровки в поясах и раскосах »рок козио определить по известных приближенным формулам . Определены допустимы» значения величин расцентровки раскосов а узлах арок, выпуск тарлзяичяычи заводами-изготовителям!. Полученные значения допустимой расцентрсвкн раскосов в уалах свиж-тельствуют о существенно меньшем влиянии влиянии расцснтро:кч соединения раскосо» на несусую способность арок по сравнение со стоечио-балэчными и раиными рааетчатики системами металоконсгрук-ций, что позволяет устанавливать для арок менее строгие требования к допусхан по возможной расц»?итровке раскосов о у-глах, использовать зффекгивша и тахмелогичнич узловые соединения а конструктивно эаданнея расцеятроэкой раслосов в узлах.

В четвертой главе приведена яетодика препеления допусков иэгатовдекия и мектата ивсумчх конструкций ОАЭ.

С уч- гая результатов исследований, пос&яцениых совершенство-в<1 ш» существующих иорилтивиич документов, опрадаляющчх допуски И'- оговления и монтажа для «гагадпоконетрукций стсечно-бдночных ч

ра.чнух сисчои, сфораулироианы требования к иетоди.ю определения допусков ииготоьчения н ионтчла несущих конструкций ОАЭ. Отмеча-птос необходимость разработки методики на основе ГОСТ 21773-82, позволяющего использовать такой критерий оценки точности изготовления и нонтажа эгемонтов ОАЗ, как класс точности. Суиность предложенной котодики состоит в слодуовдеи. Для арки, собираемой из нескольких типовых секций, аналитически записаны зависимости между допусками гсгр-тностей изготовления секции арки и отклонений пролога и координат расчетных сочсний арки в сборе, по которым можно оценить прврадание расчетных усилий в арке, вызываемое этими отклонениями. По полученным формулам можно ревить прямую задачу иааиачани* допусков, когда по заданным допуска« погрешностей изготовления секции определяют допуски отклонений замыкающего звена - прол«та и чоординаг расчетных сечений очертания арки от проектных параметров. При получении этих формул был принят нормальный закон распределения погрешностей изготовления секций арки. Обрати.-я 'задача определения допусков погравностей изготовлс-»

пня секций арки решена из услоьмя обеспечения еа несущей способ-кости. Решение обратной задачи сведено к определению требуемого класса точности изготовления секций арки при условии обеспечение «е несущей способности. Допуски отклонения параметров несущих конструкций ОАЗ при их изготовлении н монтаже, неопределяемые из условия обеспечения их иееуцей способности, найдены из условий их собираемости. Предложенная методика ревизована в программе» "01КАЗ", позволяющей определять величины предельных отклонений параметров несущих конструкций ОАЗ о учетом факторов, влияещих на несузди способность арок: вида крепления прогонов к верхнему поясу арок, вида и геометрических параметров поясов и реветки, установленных связей, кривизны поясов, величин искривлений поясов арок из плоскости между точками их раскрепления. Величины предельных отклонений параметров решетчатых арок кругового и полигонального очертания при их изготовлении и монтаже в программе "01МАЗ" определяют для класо точности их изготовления, определяемого из решения обратной задачи, в соответствии с формулами, приведенными в таблицах Л,.2'.. В качестве примера в таблице 3 при-ь.'ДЭ1;ы результаты расчета предельных отклонение для арки кругового очертания, пролетом 16,29 м ОАЗ, выпускаемого Смоленским заво-доч юргового оборудования для длух вариантов крепления прогонов

ТаЗлсиа I

Таблица продельных отклонения параметров смонтированного

арочного здания, определяемых по програжэ ЧНМАЗ"

Нагкеясваюге отклонения Величина отклонения

1. Отклонение пролета арки от нсьз'нальаого значения Св ей 2. Разность отметок опор арок ио ряду и в продето 1а ю.0 3. Смеаение спор арск относительно разЗавочкых осеа из плоскости арки Сз ил) 4. Величина искривления между точкага раскрепления поясов арки из плоскости Св мм) 5. Смещение осей нижнего а верх-пего пояса арки в плане отно-сатояьно друг друга С а мл) 6. Р&сцвнтроЕха соединения секция арка о шгоикесга арка С а аой 7. Отклонение секций арет из плоскости арка Св шй

* пск-п'б2 <6* -гзт"« 9 • Л 9, Л 0 6г=> 10 мм 5 мм 64 задается бш* К*

/ , 0,3-1* -к" <5_= Лгв эа+-^— + ' 4 4

+ 0,3-в» К3.1,0« + 23 4-10е

Обозначения: высота пояса арка в км; 14=» (0,8 + 0,001/в)-С^В + 23 + 0,01*'ГВ*). где В - кат ароа а ш; К - иоэ($8явект точности изготовления: X - радиус арка в ьзцГ - кясота подъема арка в ш; ао т-в/2: у4- координата срединной вдшя стыков сехш® арки в та; п - чвсяо сетей; ада арой погагстагьюго очертания '««^(е у?) где - угли наклона сеяана арки в проектв'ЭМ положения

Табяжца 2

Таблица предешаве отклонений параметров реагтчатсп арш кругового очертания пр;г ее кзгоговденш:, спредеяяеиаг ко программ "1)1К|\5"

Каишноваяие отклонения Величина отклонения

8. Отклонение висоты сечения арки от проектной (в и,О 9. Габаритные размеры секоии: 9.1. Отклонение по длине пояса еекшк (в ¡аО 9.2. Отклонение до радиусу для арки кругового очертания С в к.О 3.3. Отклонение по углу раскрытия секции Св рад.) 10. Сыэдение пояса арки ¡;э плоскости Св шл) 11. Отклонение угла прикыкания фланца к х-.ясу в плоскости арки (в рад.) 12. Отклонение угла прздшкакия лолса к фланцу из плоскости арка (в рад.) б,- 1,-К/2

" /е для арки кругового оч-зртания <512- 610 /С2"й'31п8/г) яле арки полагоналького очертания

Овоэдачешш " ..... К - коэффшеЕ* .точиостй кзготовлеши: катег теа со-ьдинеяка фланца с ткем в ья; йф- диаметр болта в т; С - рассто-лит кахду осью Золта к поясом ссюше в ж; ц - радиус аро в т; 8 ~ угод раскрытия секздш а рае; о,есо,8 + о.ои/мчУь + 25 * У*?} 1а- (0,8 ♦ 0,001 ^ ♦ 25 ♦ 0,01^3®) Ь - высота врет е ш, ® •• джина псдса сехш в им.

Таблица 3

Табятаа прег.эяъдак отклонений яара^етроа ОЛЗ. определенных для рассмотренного примера по программе "LhllAir

Допускаемое отклонение

Haaaeaosasse сгглсншм прх местком кредяеяии прогонов при иарнирком краплении прогоноа

а) Йрй изготовлении аркк

1. Отвлояет» зусоти дочеши ajx-: бг проектноа 5 1

»i. ГвбартгйЯ» раздари согдки

2.1. Откяоясгкгф по радзусу uw> 3 1

2.2, Отюгоксяи» по длкно дуги яояеа IQ 4

2.3, 0?хяопся2в по углу раскрытая | сухими С рал) 0,00193 0.00048

12.4. Отккекокие угла прйжжаяяя ! frasua к поясам в плесхоета ьр-а (раг) 0,01084 0.00271

2.5. Отклонение угла прлгедсшвя ' фланца к псязп кз л.тесхосга арка (рад) 0.ССИ9 0,00048

d) При доктахэ аркя

3. Отг.чснвяйа пролета арки er проектного значения mi) 17? 44

4. Разность отметок опор арка по ряду к в проr.w9 tau 10 10

5. Стрела воги<Зи дажеу точхтгга раскрошювая noscos арки кэ плоскости (t?0 8 3

6. Сквявяео осой suruero а вархзего пояса аркя в шг&во относительно зруг друга (sed 16 6

7. Отклоисш» секока арка г» шгссксгта арка (кО > : 19 8

к верхнему поясу арки. Определенные знамения предельных отклонений соответствуют следующим значениям классов точности изготовления секций арки: для шарнирного кропления прогонов - 4 классу, для жесткого крепления прогонов - 7 классу.

В пятой гласе приведены рекомендации и методические разработки по обеспечению и повышенно качества проектирования) изготовления и монтажа несущих конструкций ОАЭ.

Разр?Сагзк и внедрен на Смоленской заводе торгового оборудования способ контроля качества изготовления и проп'г.л сисущей способности арох. Способ основан на использовании специальной установки, обеспечивающей многорежимны'' испытания для типовой секции арки. С помоцьо разработанной установки можно выполнять постоянный текущий контроль качества продукции на заводах-изготовителях ОАЭ, своевременно выявлять нарушения в технологии производства, а возможность обеспечения различных режимов испытания секции позволяет использовать установку для оценхи эффективности внесения возможных усовершемств в конструкцию и технологии изготовления арок.

На основе, полученных в 4 главе работы, аналитических зависимостей между погрешностями изготовления секций и вызываемых ими отклонений от проектных параметров арки в сбор* разработаны методики для контроля точности изготовления арок при их изготовлении и монтаже. В частности, по отклонениям пролетов собранных и смонтированных арок, класс точности их изготовления можно оценить по коэффициенту точности, равному ближаГ: .¡ему большему из таблицы допусков линейных размеров ГОСТ 21779-62 к значению К, определяемого по формуле: <5L'h

к *--. СЗ)

l.e-i,у'

' i=t 1

где S L- максимальное значение отклонения пролетов арок ОАЭ от проектного размера У} - ординаты стыков секций на проектной срединной линии арки, имеюцеЛ начало координат на одном из хонцов арки на срединной линии, Ь - высота арки, П- число секций,

единица точности, определяемая по формуле, приведенной в таблице 2.

По разработанный иотсдикам для обследованной выборки и'з 30-ти ОАЭ были определены значения классов точности их изготовле иия (рис.4 ). Следует отнотить, что большинство арок выборки им»-от класс точности иэготопления ке менее С, что приводило при их сборке и монтаже к существенным отклонениям п пролетах и счерта нии и делает необходимым принятие дополнительных мероприятий по г.овыкени» точности и готовлания арок и учет влияния точности изготовления арок при их расчета.

Гистограмма зависимости количества обследованных ОАЗ от класса точности изготовления арок.

%

ш

т 25/.

1У. п [ 4 5 6 т. 7 8 9

"Класс точности

Рис. 4

Влияние точности изготовления арок на их несущую способность рекомендуется учитывать при их расчет© введением коэффициента надежности по точности изготовления и монтажа ^. Величиной "Ут учитывается возможное увеличение расчетного усилия в поясе решетчатой арки или расчетного момента в сечении арки сплошного сечения при геометрических отклонения» очертания арки от проектного иэ-эа погрешностей «4 изготовления и монтажа. Значения ^ для арок реяетчатого и сплоакого сечения рекомендуется определять по формулам, приведенным в таблице 3.

Значения % , определенные для резмтчатой арки ОАЗ, выпускаемого Смоленским заводе» торгового оборудования, пролетом 16.29 и приведены в таблице 4.

■«г

Таблица 4

Значения 0-» для арки Смоленского ЭТО.

Кллсс точности изготовления 3 4 5 6 7 8 9

7 0.9« 0.97 0.96 0.94 0.9 0.65 0,73

Рассмотрена эффективность использования новых конструктивных решений узлов и элементен ОАЭ с позиции х чувствительности к нлняша возможных характерных дефектов и отклонений ОАЭ. Предложены новые конструктивные решения опорных узлов арок, повьшаоаие несущую способность, технологичность изготовления арок и обладавшие меньшей чувствительностью к влияние характерных дефектов опорных узлов арок.

Разработан нииый способ монтажа несуцих конструкций ОАЭ, по-выыаюций точность их монтажа и иесуцус способность. Для этого конструкции опорных фланцев арки выполнены таким образок, что установка арки при контале под строго заданный пролет происходит под действием собственного веса арки. Величина превышения заданным пролетом арки номинального значения определяется степенью ее воанодиого положительного преднапряжения, повышавшего несущуо способность арки.

По результатам натурных обследований выборки ОАЭ, приведенных во второй главе работы, методом непараметрической статистики выполнена оценка зависимости повреждаемости арок от типа I конструктивного, решения сечения арок. В результате исследований выявлена значительно большая степень повреждаемости арок сечением из тонкостенных холодиогнутых открытых профилей по сравнение с арками сечением из прокатных и замкнутых холодногиутых тонкостенных профилей. Выявлено, что арки с одиовотвенкш .» поясами обладают в целом меньшей степеньв ловралцаегюсти, чем дружественные, но влияние фактора дпухьотвенност поясов на повреждаемость арак значительно меньше влияния фактора типа профиля.

Разработаны рекомендации по составление сопроводительной документации к поставляемым хонллектаи ОАЭ.

Таблица 5

Таблица формуя для определен«! значений коэффициента яадегаости по точности изготовления к ионтага ?т

Бил сеченая арки '1юрмулн у.т.я определения -Ут

Рееетчатсе

Сплошное

1 ♦ » . А 1 * ШГ ГТРЗПГ

л п

1 + ^ЧК-К.Ч-

еса®/?. + 2 сс$*р .

I,« »«¿М

£ су-у, «у-* •«.-*,»•♦ 2 ух/1я-а-х,)х.

1в» 1 1 1

в - к а-х.э' гМ.** £

1 г» 1

Обозначения: Р^ /(хаДг+ у* А3) -¿Р2 ,

Лля арок полигонального очертания из однотипных секциа

Р,- / 1.6а-1*/Ьа(А«-В> ♦ 1"ЧС > ,

I 1 3 3 2

Для арок кру* -того очертания га однотипных секций р,- /1,6е • +0 ) . где С,» Св1п/3, ♦ уЬ-соз/З, 2 У*/1Л -со5*р ,

1гв 1

А ■

* * 1

а-х^'-х*/!.2.

С,» JCl.Gr - й + П'+ Сп - j) -у*/4.

¿сх/г - ь/г)8* (п - -х*/4,

х, .у - козрдзнати стуков сскшт на срединной линия арки, ,] - чяслэ секвдз от начала хосрдикат до секция с расчетным сеченгкг жклочЕтелько, I. -прел«»? арка.А„-плосадь сеченая пояса %,у - координаты расчетного сЫота на средклися линии срки. Др-допуск отклонений ©сор арзш во ансоте.А-пгоаадь сечения арки Н„Л ~ Расчетные усатая а аоясэ ш сеченая арки.

1

В приложениях приведены тексты разработанных программ ••ПЛЬК/," , "01МА5" .

ОСНОВНЫЕ ЕИВ0ДЫ.

1. Выявлено, что существующий уровень качества изготовления и монтажа ОАЗ является неприемлемо низким и требует разработки и реализации комплекса мероприятий для обеспечения качества проектировании. изготовления и монтажа ОАЭ. Об этом свидетельствуют ¡■м усмотренные случаи аварий ОАЭ и результата натурных обследовании действительного состояния 30-ти ОАЭ.

2. Анализ имевшихся аварий ОАЭ показывает, что основные причины этих аварий возникал»! на всех стадиях их функционирования: при проектировании, изготовлении, монтаже и эксплуатации. Аварии 0АЗ, вызванные ошибками при проектировании их несущих конструкций, были характерны для начального этапа кассового внедрения конструкций ОАЭ в практику строительства и были связаны с отсутствием необходимых исследований по проектирование ОАЗ.

3. По результатам проведенных натурных обследований ОАЗ выявлены характерные дефекты и отклонения от проектных параметров их несущих конструкций. Выполнены численные и экспериментальною исследования по оценкч слияния на несущуо способность арок следующих характерных дефектов: и кривлений поясов арок из * их плоскости между точками их раскрепления, ; !фактов опорных узлов и фланцевых соединений секций, расцентровки соединения раскосов в узлах арок, позволяющие сделать следующие выводы:

- влияние дефектов опорных узлов арок на их несуцую способность арок определяется видом дефекта, используемого конструктивного решения опор и грунтовыми условиями их основания;

- при увеличении отпорностн решетки и жестком соединении» прогонов с верхними поясами решетчатых арок влияние искривлений сжатых поясов из плоскости арок на их боковую устойчивость существенно уменьшается;

- дефекты типовых фланцевых соединений арок в виде зазоров значительно увеличивает их податливость и существенно влияет на и^ряженно-деформированное состояние арок. Рек чендуотся в качестве критерия оценки их допустимости использовать деформацией-

ныа критерии, например отнооение податливости фланцевого соединения о зазором к деформации пояса арки без учета податливости фланцевого соединения;

- дефекты типовых фланцевых соединений ярок в виде ослабления болтов несущественно влияет на несуцуга способность арок;

- влияние расцентроеки соединения раскосов л узлах реиетча-тых конструкций яа их несуцую способность для..»рок ОАЭ значительно ичкьоа по ерлоненив со стовчно-балоччымя и рамнаяи системами, ч^о позволяет установить накее сгрсгио требования к допускай по возможной расцентроаке раскосов а уэдах при их иэготовлеиии по сравнении со СНиП 111-13-75.

4. Выполнены численные исследован»« по оценке несовершенств расчетных схем арок ОАЭ на мх нвпряясенно-даформироэанкое состояние. Результаты проведенных иссяедазаний позволяет сделать следующие выкоды:

-влиянием жесткости узлов, погрешностей, возникающих при закале ревитчатого сечения емоинкя эквивалентным, при расчете дрок можно пренебречь;

- при выбора расчетиых сяян г-рск для уточнения их мапряжен-нэ-дефорнирзванисго состояния от действия расчетных нагрузок следует учитывать податлиеэсть их опор от дейотоия распора а эффект упругого эа^клекия опор арки а грунта.

5. Разработана методика расчета боковой устойчивости сжатых поясов решетчатых арок, лнва^игг иач&лыкив искривления из плоскости арки к«яду точхаки их расирепл«нля, с учятом упругой работы етеряией резагхи и прогон«», реалияоялнн;ч г программа "ВАЬКА". В качестве критерия исчерпания мосущ-й способности поясов с начальными искриэленияки из плоскости в. хотевшее принят критерий появления краевой текучести

6. Разработана методика и рекомендации по определению величий предельных отклонений основная параметров несущих конструкций ОАЭ при ну. иэготеэлании и монтаже :са основа ГОСТ 21779-82, реализованные в прагрияка "01ИА8". Нетсдика позволяет определить необходимый класс точности изготовления сехций аррх из условия обеспечения несущей способности арок.

7. Разработаны методики определения точности изготовления арок при приемке их на заводе -изготовителе и в смонтированном состоянии на основе полученных аналитических зависикостей откло-

- 24 - •...'• . ■"■'

ионий очертания арки в сборе от погрешностей изготовления секций. Точность изготовления по предлагаемым методикам "определяется классом точности по ГОСТ 21779-82.

3. Предложен и внедрен новый способ контроля качества арок с' помощью разработанной установки,- позволяющей выполнить кногоре-хсикные испытания секций арки. , , •' ''.•;■.'V

9. Разработаны рекомендации по проектированию и составлению . проектной и сопроводительной документации к комплектам ОАЗ. Предлагается учитывать влияние погрешностей изготовления и монтажа '■/'■; арок на их несущую способность коэффициентом надежности1 по- точности изготовления и монтажа. Приведены формулы определения значений коэффициента надежности по точности изготовления и; монтажа в зависимости от класса точности изготовления арок! для наиболее распространенных арок кругового и полигонального очертания сплошного и решетчатого сечения. ' ' V

• 10. Разработаны, новые конструктивные . решения ; опорных^г1 конструкций и способ монтажа арок/ . повышающие их несущую способ- ' иость, точность* контажа и снижающие .влияние характерных дефектов' ОАЗ. Проведена оценка "эффективности разработанных конструктивных л решений элементов ОАЗ с учетом влияния характерных дефектов и отклонения элементов ОАЗ'.. '•'""•' '"". - 1

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих:ра-ботах: ' ..'■.-■• <

1. Кузнецов И.Д., Хусаинов Д.М. Обеспечение надежности идолго-, . вечности арочных зданий //Научно-технические проблемны прогнозирования надежности и долговечности металлическихконструкций и > методы их радения: Тезисы докладов 1-ой международной . конференции .- Санкт-Петербург, 1995. г с.125-126. !

2. Кузнецов И.Л., Хусаинов Д.М. Способ проверки несущей способ->■■,' ности и контроля качества изготовления и монтажа; несущих конструкций облегченных арочных зданий // Известия вузов. Строи-'': тельство, 1995.. - ИЗ- с.119-122. >• ;

3. Кузнецов И.Л., Хусаинов Д.И. Оценка влияния дефектов и геометрических отклонений на несущую способность легких арох // Материалы международного научно-технического симпозиума: Тезисы докладов. - Комсомольск - на Амуре, 1935. - с.62-65.

4. Кузнецов И.Л., Хусаинов Д.Н. Определение допусков на монтаж

арок облегченных арочных зданий // Научно-техническая кснференцчя строительного факультета, посвященная 75-летию УГ1И: Тезисы докладов. - Екатеринбург, 1995.: - с.24.

5. Кузнецов И.Л., Хусейнов Д.И'. Определение допусков на изготовление и контаж арок облегченных зданий // Известия вузов. Строительство, 1996. - N 3 - С.134-137.

6. Кузнецов И.Л., Хусейнов Д.И. Определение допусков при изготовлении и монтаже арок облегченных зданий // Международная конференция "Кеталлостроительство - 96": Тезисы докладов. - Донецк-Макеевка, 1995. - том 2 - с.3-9.

Корректура автора

подписано в печать 4.11.96г. формат 60 90, 1/16 тираж 100 экз. печать офсетная.

обьем 1.56 Заказ N 480 бумага тип N 2

Лицензия Н оз/зво от 16.10.95г. 420043, Казань, ул.Зеленая, 1 Печатно-нножителыллй отдел КГ АСА.