автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Предварительно напряженные конструкции с временно выключающимися связями

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИ ПУТЕЙ СООКЦЕНШ (МЙИТ)

На правах рукописи

МИХАЙЛОВ ВИТАЛИЙ ВИТАЛЬЕВИЧ

УДК 624.014.2» 624.07

ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАГШЕННЫЕ КОНСТРУЩИИ С ВРЕМЕННО ВЫКЛШАЩШСЯ СВЯЗЯМИ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертация на соискаии& учэноЯ степени доктора технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Липецком политехническом институте

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: Доктор технических наук, профессор

Я.И.ОЛШВ

Академик академии информатизации,• «лен-корреспондент РААСН, доктор • технических наук, профессор

н.н.шшшников

Член-корреспондент ИАР5 ,

доктор-технических наук, профессор

В.М.ГОРПИНЧЕНКО

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ-

Зицита состоится

Государственный научш-исследоватвльскюП проектный и конструкторский институт горного дела и металлургии цветных металлов.

М^ОТ^ 1994 г.» 14

о-»

£

чао.

на заседании специализированного совета Д 114.05.08 при Московском государственном унигерситете путей сообщения по адресу: 101475, ГСП, г.Москва, А-55, ул.Образцова, 15

оуд. \1\0 .

, С диссертацией можно ознакомиться в библиотек© института. Автореферат разослан " Ч " Ц) & 1994 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печать», просим направлять по адресу совета института.

Ученый секретарь специализированного совета

В.И.КЛЕКИН

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современные тенденции развития в области строительства характеризуются интенсивным поиском и внедрением конструктивном формы зданий и сооружений, позволяющей получить решения, имеющие меньшие массу, стоимость, затраты труда на изготовление и монтаж конструкций при одновременном обеспечении надежности и высоких эксплуатационных качеств.

Использование предварительного напряжения в строительных конструкциях является одним из перспективных направления в развитии конструктивной формы, которое дает возможность повысить эффективность применения высококачественных сталея и профилей. Это ведет к снижению затрат материала и стоимости конструкция, что в конечном итого уменьшает потребности в сырьевых и энергетических ресурсах, а также дает возможность улучшить экологическую обстановку. '

Предварительно напряженные конструкции как более сложные статически неопределимые систеш, имеющие начальные напряжения и изменения геометрической формы перед приложением эксплуатационной нагрузки, подвергающиеся различным воздействиям, включая неравномерные силовые, температурные к другие, при значительных перемещениях в упругой и упругопластическоя стадиях, предъявляют более высокие требования к их расчету.

Для исследования прочности и несуцей способности такта конструкция требуется, в первую очередь, знания их напряженко-деформи-рованного состояния, что приводит к необходимости использования нелинеяных моделей деформирозакия. Применение нелинейных соотношений механики деформированного твердого тола обуславливает в

свою очередь необходимость формулировки и решения двумзр.'шх и одномерных нелинейных краешх задач для систем дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами, что связано со значительными математическими и вычислительными трудностями.

Поэту разработка и внедрение в практику эафегтших кон-структивншс форм предварительно напряжениях конструкций, а также достаточно '±ечшх методов расчета Н2Гф.-1:сеш1о-дсфор;.мропашюго состояния таких конструкций с численной реализацией решешя на ЭВМ представляет собой актуальную проблему s области строитель-етт, имеюцую паяное народ; юхозяЛств слшое зшчешо.

Ц е л ь а диссертационной работа являзтея сооданиз новых конструктивных форм прздварительно нацргясенадх конструкция, nos-болящих обеспечить экономию маталла к сокращение трудоемкости иоготое«леиик и монтажа, а таю;о разработка ¡элементов теории и оба»ея методики расчета конструкций такого вида с использованием целинеакле моделей, обеспгчивакцих изучение ргалышх условий работы и предельна* состояния стержневой систеш.

Поставленкая цз;;ь достигается на оеновс:

- изучения особенностей работы ездркнвшх элементов, аклю-чащих юа-ериала с раздичнаш прочностными характеристикам!, при, наличии или отоудаши i грэдеарвтельного копршенил;

- теоретического обоснования эффмтшюс?« новой конструктивной фории стеряаевохч> алемздам и его копояьооваиия в сосгаьо схорик-го" систеш» ■

- обобщения методов определения шкдашыо-де^рюфовдшого сосгояжи консгрукций и* оснозо нгаодекдос кобелей;

- изучение особенностей работу и обсскосчшгя критериев ис-ч$хя1х:-ш иесуцдЯ способности предварительно кацргагеиявк нокструк-

ций;

- создания ношх видов предварительно напряженных конструкций путей введения элементов с временно выключающимися связям!;

- разработки методики и приведения экспериментальных исследований действительной работы предварительно напряженных конструкций покрытия.

Научную новизну работа составляют:

- установленные закономерности пределов эффективного применения в стержневых элементах материалов с различишь прочностными характеристиками при отсутствии или наличии предварительного напряжения;

- ваявквнкыэ особенности и закономерности поведения предварительно напряженных стершей с конструктивным зазором под нагрузкой и обоснование их работы в составе стержневой системы как элементов с временно выключающимися связями;

- разработанные технические решения предварительно напряжен-ньи строительных конструкция, обладающих элементами с временно шнлвчакщимися связями;

- создание методики численного расчета предварительно напряженных стержневых систем, содержащих элементы с временно выклк>-чаодимися связями на основе применения нелинейных моделей;

- предложенные способы и схемы осуществления предварительного напряжения конструкций, позволявшие объединить процесс'получения предварительного напряжения с укрупнительной сборкой на монтаже;

- полученные результаты численного исследования характера изменения напряженно-деформированного состояния нового решения шпренгельных предварительно напряженных конструкций покрытия.

Практическое значение работы состой* в том, что полученные результаты послужили научной основой разработки широкого класса предварительно напряженных строительных конструкций зданий и сооружений применительно к строительству в различных регионах. Предложенные технические решения, методики определения напряженно-деформировэиного состояния и конструирования позволили расширить область эффективного применения предварительного напряжения в строительстве, дм которой традиционно известше конструкции и решения являютсл частным случаем,, где параметр временно выключающихся связей (величина конструктивного зазора) равен »улз.

Внедрение результатов. По результатам проведении* исследования разработаны "Рекомендации по цровктиро-ванк» предварительно напряженных конструкций покрытия" для проектного института ЦЭДШроектлегконструкцил.

Совместно с Липецким отделом института ХрЭДПроектдггконст-рукцкя разработаны проекты строительства склада & 2 комбината "Призыв" и.реконструкция склада » 7 комбината "Новое время".

Кроне этого, ьовые конструкции покрытия с'ыли применены в проекте реконструкции автотранспортного цехе комбината "Севере- . никель".

Основные положения дессвдощионшй работа внедрены в учебный процесс и использована при дашюмшл проектирования, а такг-з при организации учебной а иссдедззательской работа студентов на кафедре коталдическ«:: кочетрукций Липецкого подитехшчзского института.

А л р о 4> а ц к я работа. Основное положения работы были продстав&сщ и дэлэздвд н& конференция? и седешрах» организован-кт! Лип ьцниг, и Челябинск!?» об::аетгеши правленный

КТО строЯиндустрии, международной конференции а г.Братиславе (Т.ФР) 1990 г., на научных оешднарах секции научно-технического совета "Инженерные сооружения" института ЦНИШроектсталъконстругс-ция им. Мельникова, УШ юл. Кирова, МЖИ им. В.В.Куйбъпева, секции научно-технического совета Липецкого политехнического института и Липецкого отдела института ЦНИИПроектлегконструкцкя.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано з 19 работах. По материалам диссертации получено 10 авторских свидетельств на изобретение.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов, заключения, списка использованной литературы, приложения. Содержание работы изложено на 337 страницах машинописного текста, 150 рисунках и 9 таблицах. Список литературы включает 455 наименования. Приложение содержит 118 страниц машинописного текста, включающих примеры расчетов предварительно

«

напряженных резервуаров различных.конструкций, сравнение вариантов, рекомендации, примеры расчета и проектирования предварительно напряженных конструкций покрытия.

На защиту выносятся:

- результаты теоретически* исследования и конструктивная форма предварительно напряженных стержней- с конструктивным зазором;

- конструктивная форма резервуаров, балок, форм, арок, висячих систем, обладающих элементами с временно выключающимися связями; ,

- теоретические основы (проектирования) определения напряженно-деформированного состояния предварительно напряженных резервуаров с временно выключающимися связями;.

- методики расчета предварительно напряженных конструкций с учетом геометрической,- физической и конструктивной шшшейно-етей;

- результаты теоретических иссяздовагай конах типов предварительно нацрйженшх конструкций;

- результаты экспериментальных исследований предварительно напряденных конструкций покрытия.

Обоснованность выводов н завершенность работы опродэляхгрся:

- использованием общепринятых расчэтнж предпосылок;

-'иошлекскш характером работы, в которой рассютриваются

всо этапы, связанные с исследованием предварительно напряженных систем, от отдельных фрагментов, етеркнешх элементов до теоретической и вкслериионтолькой проверки работы ¡инструкций з целом;

- сравнение подученных расчетных формул и результатов расчета с результатами известных решения для частных случаев, которое известны ранее из литературнш: источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования.

В первом разделе дан анализ существующих конструктивных решения, методов расчета, состояния исследований и применения предварительно напряженных металлических конструкций.

Значительная роль в разработке предварительно напряженных конструкций, методов их расчета принадлежит таким ученым нашей страны как Е.И.Беленя, В.В.Бирялев, А.А.Васильев, В.М.Вахуркин, Г.С.Ведеников, Л.А.Воеводин, Ю.В.Гайдаров, М.Н.Лащенко, Я.М.Лих-тарников, Н.П.Мельников, Я.И.Ольков, В.А.Пермяков, Г.Д.Попов,

A.Б.Цуховский, А.Г.Соколов, Б.А.Сперанский, Н.Н.Стрелецкий,

B.Ь.Трофимович, И.Л.Хаютин, И.С.Холопов, а также зарубежным авторам Л.Антош, В.Врич, Р.А.С.Дкенкинс, Р.Макулан, МЛ'артенсон, Й.Отто, П.Родаерс, А.Тесар, М.Тохачек, П.Ференчик, Б.Фритц, В.Хай-деккер, К.Е.Экберг, Д.Яверт и многим другим.

В результате проведенных исследований были разработаны и доказана эффективность применения предварительно напряженных стершей, балок, ферм, арок, перекрестных систем, панелей, резервуаров, рам, башен и мачт, каркасов многоэтажных зданий, мостов, а также разработаны эффективные решения использования предварительного напряжения а процессе проведения реконструкции и усиления элементов зданий и сооружений.

Большое количество работ было посвящено изучению висячих систем, использование которых без начального предварительного напряжения малоэффективно. Теория расчета таких систем отражена в различных публикациях, среди них известные монографии Л.Г.Дмитриева и А.В.Касилова, В.К.Качурина, .Н.М.Кирсанова, Л.Ф.Лилеева и Е.Н.Селезневой, Р.Н.?'лцелпнен:ого, Н.С.Москалева, В.Примаковского.

Большой вклад в развитие теории пластичности н нелинейной строительной механики внесли такие ученые как С.Багдррф, Г.Е.Бельский, А.С.Вольмир, А.В.Геммарлинг, Г.А.Гениев, Г.Генки,

A.А.Гвоздев, Д.Друккер, К.Еяек, Ы.И.Ерхов, К.С.Завриев, Д.Д.Ие-'лев, А.А.Ияьяшин» Клебш, В.Койтер, В.Д.Колшкиков, Н.В.Корноухов, Д.И.Кутилин, Лзви, С.Д.Лейтес» П.А.Дукап, Н.Н.Малинин, Р.Р.Мато-восян, Р.Иизес, А.Г.Назаров, Б.Нил, В.В.Новожилов, Е.Онат,

B.В.Пинадяаи,' Е.П.Попов, В.Прагер, И.11.й?бкнович, П.Н.Работнов, А.Р.РжгашцнЕ, В.В.Сокольский, С.П.Тюйошенко, Е.Хвеляа, Р.Хилл, Й.Г.Ходе и другие.

Стремительное развитие шчислительной. »еастакн, потребноети разработки и применения коыгаьзетерориеатироваяних методов расчета способствовала акрокоцу внедрению метода конечных зиементов.

Существенный вклад в разработку этого метода, внесли работы Н.П.Абовского, АГ,В.Александрова, В.В.Анакяна, Дд.Лргкриса, К.Ба-те, Е.Еилсона, К.Васздзу, Р.Галлагера» Э.В.Годэевича, А.С.Городецкого, Я.Н.Григореико, 0.Зенкевича, Р.Клафа, В.ГЛСорнеева, Б.Я.Лаценккова, Р.Ливси, Валязта, Каркала, А.МЛ'-асяеникова, Р.Калоша, Меека, Э.Метчеда, Да.Одвна, Д.Сртеги, П.Остерридзра, Г.В.Полторака, В.А.Постеога, Р.А.Резникова, А.Р.Рданк- •

Рикса, Л.А.Розина, А.С.Сатарова, В.И.Сдивкера, А.Ф.Смирнова', НЛ.Сн'лтко, П.И.Сосиса, Т.Стрзига, Р.Сциларда, Г.А.Угодчикова, Дк.Яикса, А.П.&шкна, Х.В.Хуфенддса, А.Н.&шша, 1).%шга, Н.К.Кл« лошнакова. и других.

Эти работы послужила основой для дальшйикх кседедомишй.

Вместе с тем необходима обметить, что большое количество ьл~ следе-шт предварительно напряженных • металлических кететрукц-дй, преавденкых в пэетадесягые и еемидсеятве годи чз ирквз;-с к

вому юс внедрению в практику строительства. Предварительно напряженные конструкции имеют меньшую массу и стоимость, однако чаще всего известные решения, их конструктивная форма, требуют большие затраты труда на изготовление и монтаж конструкций, кроме того дефицитность отдельных материалов и профилей, в частности, высокопрочных сдерживала широкое применение конструкция такого вида. Хозяйственный механизм того времени, критерии оценки эффективности работы строительно-монтажных -организаций также не способствовали развитию и внедрению данного направления.

Все эти объективные и субъективные причины являлись сдержи-ващкм фактором и не способствовали широкому использованию предварительно напряженных конструкций в практике строительства, несмотря ка общий народнохозяйственный эффект их применения.

Известные методики расчета предварительно напряженных, особенно стержневых систем, основаны на рассмотрении конструкций в^ недеформированном состоянии, т.е. без рассмотрения нелинейных моделей, вопрос об учете конструктивной нелинейности также оставался вне рамок статического расчета конструкций. Вместе с тем. предварительно напряженные стержневые и плоские системы являются достаточно деформированными и'в силу специфики конструкций перед приложением полезная нагрузки тлеют место начальные изменения геометрических параметров и связанных с ними напряжений. Влияние этих факторов в отдельных случаях может значительно изменить действительное капряженно-дефэрмированное состояние, искажая кали представления о надежности и эксплуатационной пригодности конструкций и здания в целом.

Поэтому существует настоятельная необходимость в поиске новых оффективных конструктивных.форм предварительно напряженных конст-

рукций и определению их напряженко-деформировданого состояния с учетом нелинейной работы и численной реализацией на ЭЕЧ. Эти проблемы и поставлены по главу угла настоящей работы. ' •

-Второй раздел посвящен исследования работы предварительно напряженных стергней. Вначале проанализировано поведете стержней, вклвчапдда материалы с различными прочностными характеристиками, под нагрузкой без цредваритольного напряжения. Показано, что для стержней, в которых допускается развитие пластических деформаций в менее прочном элементе при работе на растяжение и последующей разгрузке, предельное оптимальное отношение площадей сечения (параметр С) болео прочного элемента Д2 к площади менее прочного элемента стердая А^ ограничено и определяется однозначно

г -._—Ёше--(I)

где ^ - соответственно критическое напряжение

сжания и предел текучести материала для менее прочного олемента; ; - коэффициент, отражающий отношение преде-1

Т1 лов текучести материалов более прочного ,

и менее прочного б"Г1 элемен-

£ тов;

|Т1 - - коэффициент, отражающий отношение моду-

1 лей упругости материалов более прочного и менее прочного элементов.

Параметр "С" показывает, что рациональное использование высокопрочных сгалеЛ для стершей, включающих элементы с различкыш

прочностными характеристиками материалов ограничено из-за опасности разрушения менее гфочного и более пластичного элемента от сжатия вследствие развития в нем пластических деформаций при растяжении и последующей разгрузке.

Применение предварительного напряжения для таких стержней не изменит их несущей способности, а только даст возможность при загрузке и разгрузке избегать пластических деформаций в менее прочном элементе, т.е. расширит область упругой работы материала. Учитывал особенности поведения под нагрузкой стержней с различными прочностными характеристиками материалов, предложено автором новое решение предварительно напряженного стериня и рассматривается его работа.

Стержень включает в себя "жесткий" элемент I (Рис. X, 2), для которого площадь сечения А, и предел текучести материала гибкий элемент 2 с пределом текучести

и площадью сечения , анкер 3, фиксирующие прокладки 4, концевые обогом 5. Внешняя нагрузка прикладзвается к анкерам гибкого элемента Z, которые кмеят выступающие буртики.

После создания предварительного напряжения меяду буртиками анкеров и концевых обоям имеется зазор называемый конст-

руктивным.

В отличие от известного решения работа такого предварительно напряженного стержня после создания предварительного напряжения разбивается на три этапа. На перзом, в пределах усилия предварительного напряжения Лрпс. 3) работает совместно гибкип 2 и "жесткий" I элементы. На втором, после исчерпания усилия предварительного напряжения, "жесткий" элемент выключается из работы и вся нагрузка воспринимается высокопрочным гибким элементом 2. На

т

/

X.

pat. 4. ф^мржш ww*#£№£t&

, Ряс. 2.. ' М'Щртш S'sái'f

/- t&erjwj? мё/*енг; ааеммг

s- ежр ; futxûtyswti** /гр&тлаЗла; S"- «жуйк?* csffjna

pi

Я,

..'iL

т

/ ■ IfièWJ? / Л ÍT/?

гя/

Z

л

¿m-y

1

eí

Ля 3. ¿¡ИЗфЗЮ& jMfíffráf WfäpJtWSdM

1

третьей, после замыкания конструктивного зазора " I " совместно работают до исчерпания несущей способности каждого из материалов элемента I и 2.

Площадь сечения предварительно напряженного стертая, оте- ■ сенная к продольной силе равна

601 - величина расчетного предварительного напряжения в

"жестком" элементе; й,, Ра расчетные сопротивления материалов в "яестком" и Еысокопрочном гибком элементах.

Зависимость, вырадащзя отношение•плочадеа сечения гибкого" 'и "жесткого" элементов для нового решения предварительно напряженного стержня, имеет вид:

С: ---_:__(3)

М^-ПП)-171(6^6^)

Для предварительно напряженного стеряня с временно выключающейся связью (с конструктивным зазором) на величину площади "кесткого" и гибкого высокопрочного элементов оказывает влияние величина зазора " " (параметр сС ).

Снижение массы мояет.превышать 50Й и этот эффект возрастает с увеличением значения усилия предварительного напряжения и размера конструктивного Зазора.

И если для стержня без временно выключающейся связи при фиксированных значениях параметров предварительного напряжений

с* . ,

отношения модулей упругости 171 и переменных значь ниях параметра отноления прочностных характеристик высокопрочн гибкого и "жесткого" элементов " Ц, ", величина массы остается постоянной, то для стержня с конструктивным зазором при фиксированных значениях параметров , оС , ГП больший эффект снижения массы будет для стержней с меньшими значениями параметра

Регулируя величины предварительного напряжения и конструктивного зазора, можно желаемым образом перераспределить усилие между "жестким" и гибким элементами.

Из анализа вышеприведенных формул видно, что полученные решения отличаются от известных выражениями включающими об , т.е. традиционно известные решения предварительно напряженных

ч .

стержней и расчетные зависимости являются частным случаем (при =0) предварительно напряженных стержней с временно выключающимися связями.

Величина " С " в формуле (3) больше полученной в (I) при соответственно равных значениях всех параметров и сС £ 0, еле-, дов^тельно, и несущая способность такого стертая больше. Работа такого стержня в стер;шевой системе эквивалентна работе стержня с нелинейной (билинеарноп) диаграммой поведения материала.

Предложены расчетные модели предварительно напряженных стертые« с временно выключающимися связями в составе стер~невой системы, позволяющие задавать поведение стержня под нагрузкой при работе на растяжение или скатио. Отмечешше особенности поведения элементов под нагрузкой могут наиболее эффективным образом исполь-

- г? -

го'ваться б конструкциях различного назначения и свойств материалов: металлов, дерева, железобетона, пластмасс и т.д. Это дает возможность перераспределить благоприятным образом усилия иеяду отдельными стержневыми элементами и максимально использовать их прочностные характеристики при работе на растяжение или сжатие.

Реализуя предложенный подход, получены решения для предварительно напряженных железобетонных стержней с временно выключающимися связями, эффект от применения которых выше по сравнению со стальными.

В третье» разделе- исследуется работа предварительно напряженных резервуаров, конструкция которых включает в себя цилиндрическую стенку, с навитой на нее высокопрочной обмоткой, днище и крылу.

В таких резервуарах для снижения расхода материала на стенки необходимо увеличить расчетное значение усилия предварительного напряжения. Однако выполнение требования обеспечения устойчивости оболочки под действием внешней нагрузки в стадии предварительного напряжения ограничивает величину усилия предварительного напряжения и значительно отекает эффективность его применения.

Автором предлагается новая конструктивная форма предварительно напряженных резервуаров и методика их расчета.

Указанное резение цилиндрической оболочки (рис. 4) включает вставки, регулярно расположенные меяду фрагментами гладкой стенки. Резервуар такого вида состоит из днища I, стенки 2, крыли 3, шсокопрочноП обмотки 4, вставок о. Количество вставок зависит от объема резервуара, составляет 3-и атук и определяется количеством рулонов стенки для проведения монтажа ее методом рулокнрсзакпл или другими технологическими параметра*".!. Конструкция вставки (узел I

: у, ; s- ' ■

Рис. 4 ) . включает в себя элементы стенки,. , соединяете

со есташ*а розе^ьуа^зсткх или внахлестку, гофру, шподнен-нуя из стали или синтетических материалов и обеспечивающую герметизации соединения и податливость з кольцевом направлении в рас-четншс пределах, накладки и болты, причем накладен имеют с одной стороны овальные отверстия, позволяющие обеспечить расчетный конструктивный зазор " } ".С помощью.накладок и болтов воспринимаются усилия, действующие на стенку резервуара.

3 стадии предварительного напряжения оболочка работает также как и з традиционно известных конструкциях.

При воздействии внутреннего давления оболочка и обмотка в кольцевом направлении работают совместно, при этом в оболочке ожкшчие напряжения постепенно уменьшаются до нуля, после чего п пределах конструктивного зазора " ¡г " работает на растяжение только обмотка, затем в оболочке напряжения становятся растяги-« •ващими и в обмотке растягивающие напряжения возрастают. Для оптимально подобранных параметров предварительно напряженной оболочки при действии предельной нагрузки з стенке и обмотке напряжения одновременно достигают своих расчетных или предельных значений

Расчетные значения действительной толщины для стенки с», и условной для обмотки 12 равна

и)

где р,Г - внутреннее давление и радиус оболочки;

- параметр предварительного напряжения.

Оп

С увеличением предварительного капр?же:-шя увеличивается то щина обмотки к уменьшается толщина оболочки.

Относительное увеличение прочности материала облотки называет уменьшение толщина обмотки и увеличение толщина оболочки.

Увеличение параметра об при фиксированно значениях У , П1, дает возможность уменьшить тоящицу оболочки и

увеличить толщину о Смотки, кроао этого увеличение параметра приводит к уменьшению требуемого усилия предварительного напряжения для оптимально запроектированной оболочки.

¿йпользааанке резервуаров предлагаемой конструкции возволя-с? по аеланизо проектировщика перераспределять усилия ыегуу стенкой и обмоткой, достигать эффект аналогичный и больиий получае-ио»ог>дкя стеяок шяялшиешх оболочек. В с-уой конструкции вследствие меньшего приведенного но дум уптугост^ стенки обмотка воспринимают значительную часть нагрузки и -разгружает оболочку. Кроме этого, предложенное .решение позволяв? упростить технологию создания предварительного напряжения и отказаться от получения расчетной величина предагпрякения с' встоадо намоточных малин. Дш видоизменяется ггонструкгрн ьзгсаох» в которых меада фрагментам/. стенки после загруяения оболочки яеодатск ая&тп- заполнения. Параметр?! такого элемента заполнения епредедтся разчптом. Предварительное шщдоение создается б процесса оапелнэния резервуара рабочим продуктом и последувции опорожнением резервуара.

Представленное рвение весьма эффективна для шриастов, шлод-нешзос » железобетоне, приведена конзтруктикгио рэленод такта р&-ягрсуаров 'и деюдоса гас расчета.

Проанализировано влияние трения на работу таких предварительно напряженных оболочек.

В приложении рассмотрены призеры расчета резервуаров по предлагаемой методике. Представлен разработанный алгоритм оптимизационного расчета.

Четвертый раздел посвящен решению задачи расчета предварительно напряг энных стержневых систем с учетом геометрической нелинейности. Отмечается, что предварительно напряженные стержневые системы различной конструктивной фор,'ы обладают рядо»« особенностей, связанных с условиями их работа. Как правило, для таких систе« усилия предварительного напряжения прикладываются до приложения внешней нагрузки. Эти усилия вносят изменения в геометрические параметры систе<*ы, которые в свою очередь могут вызвать изменения напряженного состояния в целом. Поэтому линейная теория расчета применительно к предва- • рктельно напряженным конструкциям не всегда правильно отражает действительное напряженно-деформированное состояние и дает результаты, приемлемые для инженерной практики.

Проанализированы существующие метода расчета конструкций с учетом геометрической нелинейности и способы ускорения итерационного процесса. Используя в качестве метода решения метод конечных элементов, составлен алгоритм расчета для плоских стержневых систем. Учитывая влияние перемещений, соответствующие компоненты тензора деформаций Грина для сзрнирноотертого стержневого элемента имеют вид

(б)

где 1Л,О! - дефр'-ацин элемента.

Уравнение энергии деформации для стержня, загруженного сжимающей или растягивающей силой, представлено в виде

Первое слагаемое в формуле 17) с индексом нуль в скобках представляет собой выражение для энергии деформации при расчете в линейной постановке, а второе и третье слагаемые - нелинейные добавки.

Подобное членение на составные части дает наглядность представления и облегчает процедуру составления выражений для матрицы жесткости.

Аналогичным образом получены уравнения энергии деформации для стержней, работающих на растяжение Iсжатие) с изгибом. Используя первую теорему Кастелиано, элементы матрицы жесткости получены из известного условия

где

(7)

18)

здесь, - параметры перемещений в локальной системе

координат. Матрица жесткости элемента имеет вид

(«У ♦«."(<# <9>

Интегрируя два раза по выражение (9). получено уравнение для

энергии деформации в матричной форме

а0)

Для всей стержневой системы энергия деформации равна сумме составляющих. При определении напряженно-деформированного состояния на отдельных ступенях загружения условие равновесия запишется в виде

(«'"^"ЧиТ.д^ ,дрт1 ш>

1 Jm+i гп»1 Г т»1

Выражение в квадратных скобках изображает тангенциальную « ■матрицу жесткости системы. Индекс т+1 указывает на ступень загружения. Для ускорения сходимости итерационного процесса введена корректировка перемещения из энергетического условия, заключающаяся в уточнении величины 'вектора смещения ¿S.d. путем введения коэффициента С;

ДСЦ -С,-Да, (12)

Верхний индекс в квадратных скобках указывает на номер цикла улучшения результатов. Скалярный корректирующий коэффициент выражает подобие между двумя величинами смещения для первой ступени загружения. Приравнивая выражение энергии деформации XI и

\ Г

работы внешних сил уу, для этой ступени получен полином

. аз)

с коэффициентами

А \ 1Ш 1 Т

А^ = У/,

а / /1 4 .гаг, (0),вд со]

Нашеньаий положительный корень уравнения 113) дает искомый параметр С) . Дополнительная корректировка перемещения выполнена по методу Ньютона-Рафгона из условия равновесия на ступени загружения

, . \ « и, г, з..,)

где Г/ -• величины неуравновешенных усилий в стержневой системе.

Для последующих ступеней загрумения корректировка перемещения осуществляется аналогично с учетом перемещения не на ступени загружения, а.для всей суммарной нагрузки.

Устойчивость стергкневой системы проверяется путем нахождения

детерминанты матрицы десткости из уравнения

I 'ПМ ЛГИ

Стержневая система неустойчива при значениях детерминанты меньшем нуля. Загружение от предварительного напряжения, температуры, смещения опор и т.д. введено путем включения фиктивной нагрузки, от действия которой определены усилия по концам элементов в локальной, а затем и в глобальной системе координат

Т, • шу

где Г) - матрица направляющих коси^/сов для элемента " I Фиктивная узловая нагрузка райка

Рй = " О'^-л ' <">

где 0 - матрица соединений.

Вектор перемещений с[ з глобальной системе координат

<л'= Р + Ря) ' ■ (18)

Используя значения которого, определены перемещения отдельна« стерт-кеЯ г локальной- системе координат я получены значения суммарных усилий от действия внеаней и фмгсиэкой узловой нагрузок.

^¿г = + = \ir4i +

(19)

Разработанный алгоритм и программа позволяет вести расчет в интерактивном режиме на всех ступенях загружения, что дает возможность вводить корректировку в величины приращения нагрузки, регулировать число циклов : итерации, давать оценку приемлемости, того или иного уровня ступени загружения. Полученные значения коэффициента подобия " С-к " на каждой ступени загружения отражают уровень расхождения между работой внешних сил и величиной энергий деформации, а, следовательно, и быстроту сходимости итерационного процесса.

В пятом разделе исследуется работа предварительно напряженных стержневых систем при учете геометрической и физической нелинейностея. Диаграмма поведения материала принята билинеарной, позволяющая отражать работу как обычных стержней, так и временно выключавшихся из работы. Основные положения алгоритма расчета изложены выше. В шарнирных' стержневых системах в зависимости от уровня деформаций на ступени загружения учитывается изменение модуля упругости материала и инкрементальная матрица жесткости для элементов получена с учетом изменений модуля упругости.

Для промежуточной ступени П1 * 1 загружения путем корректировки энергии деформации для стержневой системы получен коэффициент подобия С; из полинома четвертой степени

^т+1,0 + Ат-ии '^-ти + ^лгн.2 ' ^т+1 +

з л * г> '

Коэффициенты этого полинома равны:

.ф Ф

Л -пТ .АШ ^гты,1-- -»л

А^-тЛ

т«-1 .

Линейная и нелинейные составляющие выражения для энергии деформации для элемента С имеют вид

/<1/¥°Л у .У°1т.[и(0>/ р М'/°3 (2Га) ■(1;мГ-1г р И-/1 •

\ г1; шч б О т*1,1 и "-гтмДА/ ¡£лм,1

/ „ ЛгЛ103 1 ' ГЙТГ И/ ^ П

В уравнениях (21) фигурирует секущий модуль 5Е , величина которого переменна на каждой ступени эагружения при значениях относительной деформации <£ ■ превышающей предел текучести. Выражение для параметра ^

м - 28 -Сщм,«.

I б'(¿и?

отражает отклонение энергии деформации материалов с различными характеристиками упругости. Последующая итерация из условия равновесия выполнена путем использования при нахождении сил невязки значений секущего модуля и секущей матрицы жесткости для каждого элемента. Несбалансированные силы определены из выражения

123)

где | » I, 2, З....П

Для стержневых систем, включающих элементы, работающие на сжатие с изгибом, принято уравнение для кривизны в виде

Уф I

Эх*

шил

<24)

Зависимость между кривизной и изгибающим моментом имеет вид

' м

125)

\

где ^ =0, 1, 2, 3...

/ ГП'1Д

В этом уравнении под

Е,

понимается редуцированный, умень-

шейный модуль упругости, величина его для выбранного сечения вдоль ос< стержня определена из выражения

¿V (г

729

(Ь-ХпклГ

(б '-еГ.м

I /гп»1,1

(26)

и

Ф

где - коэффициент влияния фермы сечения.

Редуцированный кэкент инерции стержневого элемента равен

1

и рд,е

Ф

О

1 /дыр

Эх/

К

ф

(27)

где

е

.» О, I, 2, 3...

« I, 2, 3

Для каздэгб элемента редуцироишшо хесткостже характеристик.'! гачисл&ш в трех сечениях по длине етеряня и принято изменение иэгибкоя «есткости по длине стержня по пвраболе, что дает вогмоккость упростить расчет. С учетом ¿корреятироваших значо-юл яестг.сс?кш: характеристик определеда составляйте первого слагайсого матрац яееткости. Црц реализации алгоритма уточнения перетреная элеиентоя сторинзвеа системы путем введения корректировки анергия декорация и ктеродт: рзчновесиз в гырвгатк матрица жесткости первое слагаемое разделено нг. дгв соста^.лго^но при кичке кончи первой из хоторшг учктнваптся значения секущего мод—

4

ля упругости на' степени аагрухения дхп д^фде&фЯ растяжения и сяатяя, вторед состав:;л»цая учитывает- улитвгш лестчостлс хаоак-дз-1 дофэршцчВ изгиба. Второе ц трскл зглгаеша в

жении для матрицы жесткости имеют вид аналогичный как и при расчете систем с учетом геометрической нелинейности, значения составляющих зависят от жесткостных характеристик на растяженио-сяатие. При определении этих слагаем« введен секущий модуль упругости. На основании представлешых алгоритмов. разработаны программы расчета предварительно напряженных стержневых систем с временно выключающимися связями с учетом геометрической и физической нели-нейностей.

Шестой раздел посвящен разработке конструктивной формы предварительно напряженных покрытий и перекрытий зданий и сооружений, а также исследовании работы новых предварительно напряженных систем под нагрузкой. Автором предложены ноше решения предварительно напряженных балок, ферм, арак, висячих систем, обладающих элементами временно выключавшимися из работы. На рис. 6, 7 представлены конструктивные схемы балок и ферм, на рис. 8, 9. ' показаны схема арки, висячей системы и варианты решения стыков сборочных фрагментов.

Каждое из этих решений объединено единым принципом, сущность которого поясняется ка примере фермы. Предварительно напряженная ферма состоит из двух отправочных марок I, соединенных шарниром 3 в уровне верхнего пояса. Включает а себя верхний и нигший пояса, реаетку, высокопрочную затяжку 2, Г-образные захваты 4, ¡¡-образную вставку 5.

Принцип работы таких конструкция после загружения совпадает с изложенным шле для стержней. На первом этапе, в пределах усилия предварительного'напряжения, работают совместно нижний пояс н высокопрочная затяжка. Конструкция один раз статически неопределима.

"ттял 1»>i»i*'iiy"r

vWéj—

ÀJb w

jJjJjJr-^ — ^ Pm G. /peâsapurejäw ' шр,иш/ш шжа

¿щоя.&уш ; sí7fjm%z ; s- fmß№ß

//-strxSartfó/e зммёмгя ; £-&мЛха.

J-¿tws шЗтнм тянемтмг ûrrœtâmw

/ {fí

Чч /ft/-, -Ж1 //

J

-V ; ; ( •• ! F

:i i !P4

4

Лк ' л фЖор/тш msrwM'w ¿№z i-çffipalovhw Mpœz; Á1-

<?».т&ГЛЖ> MeV.tV/W ;

а) арт лрм cfûpte JMV; âj 40m S /potxrw помнет/. /- cSQpomw tppzrKiKi; <5- трмр; s - sarv&xa; Ч-хтгшка S олер; S- cûeâwvrejbMiiï

¿repMârtù с мшру/Шшя ¿мерок

Рис. 9 ■ mrexa £ f/мшо SÍ/M/ow&-

шш/t erep/шш

У- сяорочньш ррагмгхг ¿wc¿nj£i¡ <рг/ми} tS-simYxa Ч- ¿¿/цмир; меяенг ¿rma ; S"- ii.VMwâpt/i/MAûf 'шмат • £ - 7- лгл'га/.^/а;? spoMaâxa

fia втором, при исчерпании усилия предварительного напряжения, частично, нижний пояс и Н-образная вставка 5 выключаются из работа и в пределах конструктивного зазора J -fi^jz ферма работает кап статически определимая. Все усилия растяжения с нижнего пояса конструкции воспринимается высокопрочной затяжкой

Ка третьем этапе после закрытия конструктивного зазора внобь включается в работу кихний пояс. Система имеет начальнуг степень статической неопределимости. Нижний пояс и Еысокопрочная оат/шса работают' совместно до исчерпания несущей способности конструкции. Перераспределение .усилий между нижним поясом и затяжкой зависит от соотношения жесткостнах характеристик, величин усилия предварительного напряжения и конструктивного зазора. Регулируя эти

параметры, можно получить решение с меньшими расходом материала и 'стоимости.

В представленных реаениях козно достигнуть эффект равный'и больший получаемому для случая создания многоступенчатого предварительного напряжения. Однако ка практике с одной стороны многоступенчатое предварительное напряжение тшически трудно реализуемо, с другой стороны для такого вида предварительного напряжения не допускается или ограничивается разгрузка конструкции, т.к. это может вызвать ее разрушение, что реально исклпчает применение многоступенчатого предварительного напряжения для практики проектирования.

В рассматриваемых конструкциях, кроме этого, сокращены трудозатраты на создание предварительного напряжения, автором предложены способы создания предварительного напряжения в составе блока, которая хорошо вписывается в монтагный конвейер.

Расчет таких конструкций может быть осуществлен как с учетом

геоиотрической нелинейности так и с. учетом нелкнеймсс изиене-няй гесмотрии и харатиеркстая мг?гркаля.

В гычислвниях с учетом геометрической нелинейности при работа на вкешш» нагрузку стержни временно вшшгаашиеся из работа на первое этапе расчета введена с фютквяниа кес*йос?геыи ха-рах?ериетшами, яоторне вювтеаот Ерипедешгий дадуль упругости Ер

г' . ^

' где ^ - расчетное сопротиаленн® материала сгзрхял;

С1 - расчетная велзпкна предельных относитеяыи*

дефоркавдй.

Ва г.?орсл- этапа велйЧ'йна ириваденкэго ¡«¿удл черрктод'етел с учетов дейгуяякежмедг© гн&чемия няцрчжгякЗ ь е^орпен*.

Яря расчете о учето» г-екшеураческой и фмячсекэЯ нелинейно-а тел для хаздого стержня пркиииаюгея дзйеггптелькыз 'ра^четние дта^даш аовздзкия материала.

Анаякз рея/льтатоа расчета, еэтогисниого на ¡¡гржеро предъа-рктгжьпого иапряжетая и сраашкиа его характеряетид а •?рэ.~ рзрютагт ярздаагагалы» мапргавигг»?:» конструкций.« и фгрмаки тхгз и!!ододотно? псяазал, чго прэдяагаеууо исногруктиг:«?} рзеекая цазгодкаг ¿эзда ег;эбо,у-*а р-йрьирооаеь эвккч-пгед предеарк'холькзго

^адагруггзлвкого зазор.'' с упегсч конкретных ус/овяй я ярс$;?яей свергшей.

гсогструэтргп »яирут гагеть «енызуо на улсау по ср-з.»-

в-.'ГР'» с оЗгешя а нл 5*10% по сраш:е:«й» с ?г«дйцнокким:1 пр-гдглрм-зездю (лсегхеяиикк» Вместе е г т.; ^о^лриичдько яааряхзкня* асн-струкцггл с гяежт'жя времзкко вюто&пфаогея кз ра^оя» «игу? ¿ять

более деформированными и это обстоятельство необходимо учитывать при назначении величин предварительного напряжения и конструктивного зазора.

В случаях когда величина конструктивного зазора равна нули, стержневая система работает как обычная предварительно напряжен- ■ ная, т.е. известные решения предварительно напряженных конструкций являются частным случаем систем с временно выключающимися связями.

Упрощение конструкции покрытия идет также по пути создания малоэлемонтных фэрм.

Автором разработаны конструкции малоэлементных предварительно напряженных ферм (Рис. Ю, II) включающих верхние пояса I, работающие на сжатие с изгибом, нижние-пояса 2 из высокопрочных материалов, приопорные шпренгельные стойки 3, коньковые шпренгель-ные элементы 4, распорки 6. Элементы верхних поясов в коньке соединены между собой шарниром 5. При больших уклонах верхнего пояса-ферма выполняется без соединения конькового шпренгеля с низшим поясом (Рис. 10), при малых уклонах верхнего пояса коньковый шпренгель соединяется с иикним поясом, придавая ему ломанное очертание (Рис. II).

После анализа работы таких ферм под нагрузкой в развитие предложенной конструкции с целью сокращения количества узлов и элементов автором предложено решение фермы (Рис. 12,), .'в которой в отличие от разработок, предложенных визе, отсутствует распорка и уменьшено количество узлов соединения стержней.

Характерной особенностью предложенных решений является то, что для создания предварительного напряжения не требуются домкраты и специальные натяжные устройства. Расчетная величина предва-

Рис. «^^»арч соединения

КОНЬКОЬЫХ ЭЛ1иьиТО!Ч С Ъ АЛЯСКОЙ ■I- ЬЬРХНИИ ПОЯС, 2-ИИММИЙ ПОЯС, 3-ЙРЦОПО?-ИЫ£ ЫПР5.У\ГЕЛМЫй С ТО»У,К. Л-^ОМЬКОЬЫЕ ЦПРЕ НГСАЬНЫЗ ЭЛЕМЕНТЫ, 5 - ЫАРИИР, 6- РЛСПОРКД.

?нс. Ц 'Ипршгеаьмм «мрма с сош»иьииш

эли.шпсж с злтяакой. •

Л-змгтсиий пояс, 2-нмшшй лове, -п^иоло?^'^^ цяремгельпы стойки, 4- к.опько&ыг ипрсигсльниь элбмьчпы, 5-ыарннр, Б-гаспорка.

Ь)

Ii-/

ЧЬЕЛ!

Puc. Iii МылэКЬМЕЛКт ПРЕЗРИТЕЛЬНО UMMWEMKS . 1-UPmí nose; ÎL-HUWvmA Шйс; b-npuertopttuu МРШЕКЬ' A-K0WWK0t>biú ШГ>РЕИГЕ,\Ь; 5-шлрнир-С-ЧМНЦЫ КРЕПКЕЙМЯ НиШЙЕГО ЮЯСЛ;7-ФЛЬН1^>1 КРЕПЛЕНИЯ ■ ШПРЕНтЯ.

рятельнога напряжения осуществляется путе» раегтрання распорки или стягивания элементов нижнего пояса, выполненных с расчетной величиной перемещения узлов или зазора.

Изменения уклона верхнего пояса, соотношения иесткостных характеристик, положения и высоты приопорного и конькового шпреч-геяей, усилия предварительного напряжения шзнваот. сур'естаенноо перераспределение кэгибагалх моментов в верхнем поясе.

Анализ результатов-расчетов с учетом факторного плакирования эксперкменю показал, что наибольшее влияние на изменение кэгибаюцего момента оказывав? геометрические параметры приопорного шпрэкгодл, положение коньноэогошпренгеля и'усилие предварительного напряжения.

. При опирании приопорного шпренгеля на верхний поле на расстоянии 1/5 * 1/6 от щюлета я конькового на расстоянии А/12 пролета от конька о сочетании с предварительм-» напряжением монет быть полешка зпира изгибающих моментов близкая к оптимальной с «омснтамл на участках по длина оерхнег.о пояса миндальными по величине и различным* по знаку. Опытное проектирование таких ферм ШЭ20ЛНЛ0 подучить снижение расхода материал по сравнению с традиционными решениями до НОтЗЦ?-,

Используя результаты вь"лепр«шеденных исследований, разработай алгорлт" опти^кзацкониого расчета стренгольчих ферм. В качзстпе цглзкм £уп:ции принят» стоимость конструкции, «остав-яып огранкче:<ия зи условия прсчгк устойчивости, унификации. О результате расчета получен сорта«зкг фер>» пролетом 13, '¿4, 30 '■ зтрзз под различи;,и нагрузку, произведено сразнемс с аэ ни«'1 сортам-гитами 'фер1', и«"*гдими аналогиикуз нагрузку.

Д1яя оценки надежности м несущей способности лредзаржалкю иаг:р!'.тх'Нкыч ксчеъ-р^цнй предлагаемого an.es рассмотрено ксиед^лэ

под нагрузкой предварительно напряженной стержневой системы, имеющей элементы временно выключающиеся из работы. Проанализирована работа такой системы в предельно«« состоянии,для которой прочностные характеристики составляющих являются случайными величинами, дана оценка резервам несущей способности при различных условиях, получены выражения для дисперсии и стандарта распределения. Показано, что составные стержневые предварительно напряженные, системы обладают резервны" уровне« надежности, величина которого может быть реализована путе»» введения скорректированных нормативных характеристик'ч«атериалов.

Седьмой раздел посвящен изложению содержания и результатов экспериментальных исследований.

Проведение испытаний преследовало цель изучить действительное напряженно-деформированное состояние новых предварительно напряженных шпренгельных ферм, проверить работу узлов и соединений под нагрузкой, отработать технологию создания предварительного напряжения. •

Экспериментальные исследования проведены на пяти натурных конструкциях продето» 22 ч и 24 «, Испытания•ферм выполнены в вертикальном состоянии, для этого был запроектирован специальный стенд длиною 26 м. Нагрузка создавалась с помощью семи домкратов толкающего типа и передавалось на конструкцию с помощью траверс. ■

В экспериментальных моделях верхний пояс выполнен из двутавра N 24, высокопрочная затяжка нижнего пояса из каната 0 42 •«'. .

При проведении испытаний для создания предварительного напряжения проверялись два способа. В первом случае предварительное напряжение создавалось путем распирания центральной коньковой

распорки. Во втором случаа для создания предварительного напря-кения вначале при сборке фермы между фланцами анкеров крепления затляки нижнего пояса устанавливалось временная ^нгажная прокладка, которая затем удалялась и фланцы стягивались, создавал расчетную величину предварительного напряжения. Оба предложенные способа подтвердили слою работоспособность, показали хоро-гауэ технологичность, однако для осуществления первого из них необходимо изготовление более трудоемкие распорок типа фаркорф, тогда как при втором способе используются фланцешз соединения и высокопрочные болты.

При проведении экспериментальных исследований вначале сог,-дапалось предварительное напряженно, а затем следовало загруже-чив внешней нагрузкой. В процессе испытаний с помощью текэореэи-сторов и рычажных тензометров контролировались деформации г элементах, с помощьв прогибомеров и индикатороэ перемещения элементов конструкции и вытяжка канатов.

Результаты испытаний показали, что работа фзрм под нагрузкой соответствует характеру поведения конструкций полученному яри расчете. Экспериментальные исследования подтвердили зффехтивкость новой конструктивной выявили особенности работы таких

конструкций в стадии предварительного напряжения и ¿арруяения энеыией нагрузкой, продемонстрировали ее высокую надежность, установила удовлетворительное согласованно фатлесхих дан:в« и расчетных характеристик, расхсяд-смие с расчетс достигает до 1(3%.

- 42 -

ОСКОЕ!ЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ К ВИВ0Д1

1. Длл стержней, в которых допускается развитие пластически деформаций под действием- внешней растягивающей силы, а при работа в стадии эксплуатации возможна их разгрузка, оптимальные соотношения между пяошадями сечения элементов, имеющих различные прочностные характеристики и входящих в состав стержня, определяются однозначно (коэффициент С )и зависят от соотношения между прочностными характеристиками, модулями упругости элемента (коэффициенты . ГП ), величины критического напряжения для элемента саатого йри разгрузке, вследствие развития пластических деформаций. Несущая способность таких стержней низе значения, определенного из условия полного использования прочности^ характеристик материалов, входящих в стержни.-Предварительное ¡-спряжение 'в этом случае не увеличивает несущей способности, а расширяет область упругой работы материалов.

2. Несущая способность предварительно напряженных стержней, выполненных с конструктивным зазором (стержни с временно выключающимися связями), выше по сравнению с традиционно известными видами таких конструкций. Величина ее. зависит наряду с упомянутыми ранее параметрами еще и от расчетного значения конструктивного зазора. Традиционные решения предварительно напряженных стержней, включающих высокопрочные затяаки, их поведение под нагрузкой, являются частным видом предварительно напряженных стержней с временно выключающимися связями, в тех случаях, когда величина конструктивного зазора равна нулю.

3. Билинеарная диаграмма поведения материала под нагрузкой хорошо отражает характер работы элементов, входящих в предвари-, тельно напряженный стержень с конструктивным зазором. Применение лружишва прокладок и изменение величины конструктивного зазора поз-

вояяет тамёють параметру диаграмма' бияинеарноП работы материала и дает возможность не только перераспределить усилие в *>лемзн?ак а составе стержня, но и, используя такую конструкция ¡з составе статически неопределимой стеряневой системы, благоприятна* образом жшеють усилия и напряжения в системе б целой.

4. Новая' конструктивная форма предварительно напряжениях металлических, комбинированных а железобетонных разврэуаров позволяет иошеить эффективность использования высокопрочных сталей,

возможность боле« свобод;» варьировать, тояцшакн стенки и высокопрочной обмотки, усилий предварительного напряжения. Сигао-нае расхода материала на стенку резервуара для новев конструкция в зависимости от его объема и характеристик «атериалоэ достигает 15^,5$ «о сравнении с традиционными решениями.

5. Разработанная методика распета предварительно иглр«г.ея--№вс резервуаров с кр«.«ен?»о викявчащ'лкисв садаямч позволяет запроектировать соорукаиае с требуо?л»»и жждгруктязкти караясгг-раки и имевшими меньшув шссу и стоимость. Л оптимально эапроек-чировангак предварительно юшряяюквдх резервуарах, ¡«сличающих ввташ?, обесаауива»цие линейную податливость, требуемая эеяичи-т усилия предварительного напряжения уменьзается и величина его снккекил регуларуатея кзивншаем значения конструктивного амога.,, сто коз воздет уиокьаить или исгшкшть ограккченвя я?, щщгйлано дспусткнув вэлячшу •гоздда,: -зтею:я иг уелпгтгг обеспечекм устойчивости оболочач.в сэтдяи ссздвк.'-ч .преда^риедьксго напоями»«!.

6. Разработан алгсрлгм расчета предваритьно яапряяе:вгдс сте^адодос еистса з учетом гезив'грягс-зской кэякяейчоата как ■» стадии кр>ДГЛ\УАТ-5Г4»н0г0 НаПр.СТ<3:-ГЧЯ, ТОЛ П СрИ ДОЙ«'ВУ.К знсгиея

7. Получений алгоритм включает на каждой ступени загружена вкачал« определение деформированного состояния путем корректировки энергии деформации, затем уточнение его путем ¡заполнения необходимого количества циклов итерации из условия обеспечения

I

состояния равновесия. Такое разделение в нелинейном расчете ускоряет сходимость итерационного процесса.

8. Использование полученного из энергетического расчета, скалярного коэффициента подобия позволяет контролировать и управлять величинами ступеней загружения при вычислениях, что обеспечивает рациональный выбор величин таких ступеней и сокращает затраты времени на расчет. '

Комбинация определения общей энергии деформации и локального удовлетворения условия равновесия на ступени загружения обеспечивает численную стабильность расчета.

9. Применение корректировки внергии деформации, коэффициента подобия перемещений элементов конструкции позволяет проводить исследования как устойчивости конструкций, определенио максимальной предельной нагрузки, так к изучение ее оакритической работы.

10. Устойчивость конструкции в процессе оагрукения контролируется путем определения и наблюдения детерминанты на каждом иаге итерации. Положительная величию детерминанты характеризует устойчивое состояние, равная нулю ~ свидетельствует об индифферентном состоянии и отрицательная величина детерминанта отражает неустойчивое состояние для системы данного вида.

11. Критерий определения и контролирования детерминанты применим как при исследовании разветвления форм равновесия центрально сжатых стержневых систем, так и при изучении работы сжато йзог-

нутых элементов конструкций при различных условиях загрут.сиия, определении предельной нагрузки для таких систем, а тшсяе дет случаев "процелкивания" состояния равновесия конструкции.

12. Усилие предварительного напряжения, равномерная и неравномерная температурная, сосредоточенная и распределенная вноуэ-яовая и другие вида внеузловых особых воздействий прикладчвептся к стержневой системе путем введения узлопас фпстиодсс нагрузок с последуй;®* учетом силоеьк воздействий Для стерлсней с действительным внеузлоЕнм загруяением.

13. Разработаны программное тдули, поэЕОляглдие производить расчета в интерактивном релине я вносить корректировку в стратегию расчета, в особенности при исследовании устойчивости предварительно напряженных стеранегаас систем, в зависимости от проке-заточных результатов отчисления.

14. Применение в расчетах балкнеарной диаграмм работа материала хороно страдает поведение под ¡'агруакой адементов металли~ чссккх конструкций, шяот характеризовать кокструкттшузэ нелинейность з предварительно напряженной стержневой системе к сокра-гасз затрата яреденя на_выполнение нелинейного расчета с учетом физической нэликеЯкэотн.

15. Гопол&аование з качестве параметра, отраяащего излинеЯ~ харэитер поведения ^апфиала под нагругкоП, редуцирогаиного

юдою упругости ?(№ерталл по ср1;'нг»тэ с: примештым традиционно посхс£!£л ояредвле.1:?:е«.1 дулей упругости з сг.че/гли упрощает ал-г&ркт» 1 фмэачеспи изяинейно?о расчета.

Зтачеяяч р!;,1"у.:.".ро"а;шого модул.«; упругзсти газисда: а& толы;.-) от зздот.».в нзпртсегглЯ ч дефсршшгдЗ а дажоа сечении элеи-лл-а, но и от етз Йорк?! сечек;?я. Учет зяаяит фергг се.че>мл щи опредояо-

нии редуцированного модуля осуществляется путем введения соответствующего коэффициента.

16. Исследование устойчивости предварительно напряженных стержневых систем с учетом физической нелинейности, используя корректировку энергии деформации позволяет точнее определить критическую нагрузку для конструкции, выявить и преодолеть критические точки кривой состояния равновесия и при необходимости проследить закритическую работу конструкций для отдельных видов стержневых систем.

17. Разработана новая конструктивная форма предварительно напряженных балок, ферм, арок, висячих систем, шпренгельных конструкций покрытия, а также способов создания предварительного напряжения для них, обеспечивающая повышение эффективности применения высокопрочных сталей, снижение расхода материала и стоимости конструкций, а также затрат труда на изготовление и монтаж по сравнению с традиционными решениями,

18. Предварительно напряженные фермы с временно выключающимися связями имеют расход материала на 20+23? меньше, чем обычные и на 5+10$ меньше, чем традиционно известные предварительно напряженные конструкции.

19. Деформативность предварительно напряженных ферм и других конструкций с временно выключающимися связями вше, чем в обычных предварительно напряженных, поэтому геометрические параметры таких конструкция, величины усилия предварительного напряжения, конструктивного зазора принимают из условия обеспечения второго предельного состояния.

20. В шпренгельных фермах характер эпвры изгибающих моментов в верхнем поясе, его максимальная величина, зависят от уклона

верхнего пояса, высоты и положения приопорного шпренгеля, размеров и положения конькового шпренгеля, усилия предварительного напряжения, соотношения жесткостных характеристик поясов. Для ферм с большими уклонами верхнего пояса ( L - t/4 — I/8j отсутствует необходимость в соединении конькового шпренгеля с нижним поясом. Нижний пояс для таких конструкций на участках между приопорными шпренгелями выполняется горизонтальным. Для малоуклонных ферм необходимо соединять стержни конькового ыпрен-геля с нижним поясом и он выполняется ломанного очертания. Геометрические параметры шпренгельных ферм принимаются в зависимости от назначения и условий эксплуатации здания при этом рекомендуется принимать расстояние от приопорного шпренгеля до опоры в пределах (1/5 ♦ 1/6) L и расстояние между точками опирания стержней конькового шпренгеля в верхний пояс (0.15 + 0.20) L

21. Экспериментальные исследования показали высокую надежность предложенных автором конструктивных решений и подтвердили полученные автором теоретические результаты.-

Основные положения работы отражены в следующих публикациях:

1. Михайлов В.В. Работа предварительно напряженного стержня, загруженного растягивающей силой. Депонирована во ВНИШС, рукопись О 4784, 1984, - 5 с.

2. A.C. 1557288 СССР ШИ3 4 04 С 3/10. Стержень /В.В.Михайлов (СССР). - $ 4288512/31-33; Заявлено 23.07.87; Опубл. 15.04.90. Бюл. J> 14 - 4 с.: Ил.

3. Михайлов В.В. О влиянии величины конструктивного зазора на параметры сечения предварительно напряженного стержня. Депонирована во ВНИШС, рукопись !» 5481, 1985, 18 с.

4. Михайлов В.В. Расчет цилиндрического предварительно напряжен-

ного металлического резервуара. Депонирована во ВНИШС, рукопись В 5480, 1935, Ï0 с.

5. A.C. I270277I СССР Ш3 Е 04 H 7/02. Способ воздействия предварительно напряженной металлической оболочки /3.В.Михайлов, С.Н.Косых, А.Е.Делении, А.Л.Орлов (СССР), - Р 3839408/29-33;

■ Заявлено 29.04.85; Опубл. 15.11.00. Бэл. № 42, - 3 е.: Ил.

6. A.C. I23II88 СССР МКИ3 Е 04 H 7/04. Металлический предварительно напряженный резервуар (его варианты) /С.Н.Косых,и В.В.Михайлов (СССР). - 3713916/29-33; Заявлено 23.03.84; Опубл. 15.05.86. Бюл. » 18. - 4 е.: Ил.

7. A.C. 1229294 СССР №3 Е 04 H 7/20. Цилиндрический резервуар высокого давления /С.Н.Косых и В.В.Михайлов (СССР), -3707691/29-33; Заявлено 07.03.84; Опубл. 07.05.86; Бюл. № 17. - 4 с.: Ил.

8. Михайлов В.В., Огневой В.Г. Использование отработанных канатов в строительных конструкциях. Тезисы докладов научно-практической конференции "Практика, проблемы разработки и внедрение ресурсосберегающих технологий", Липецк: 1987, с. 28-29.

9. A.C. II45I08 СССР МКИ3 Е 04 С Э/10. Предварительно напряженная пролетная строительная конструкция /В.В.Михайлов (СССР)

- 3514089/29-33; 3516398/29-33; Заявлено 29.11.82; Опубл. 15.03.85. Бюл. » 10. - 3 е.: Ил.

10. A.C. 1463887 СССР МКИ3 Е 04 С 3/10. Способ 'создания предварительного напряжения в ¡илренгельной пролетной конструкции. /В.В.Михайлов, В.В.Скоморохов, В.Г.Огневой, В.В.Кузнецов, А.А.Минаев (СССР). - 4100988/31-33; Заявлено 04,08.86; Опубл. 07.03.89. Бюл. № 9. - 4 е.: Ил.

11. A.C. 1423707 СССР МКИ3 Е 04 С 3/10. Предварительно напряжен-

ная шпренгельная пролетная конструкция /В.В.Михайлов, А.А.Орлов, В.В.Скоморохов (СССР). - 4022673/31-33; Заявлено 14.02.86; Опубл. 15.09.88. Бюл. Р 34. - 3 е.: Ил.

12. A.C. I08I3I2 СССР МКИ3 Е 04 С 3/10. Предварительно напряженная решетчатая конструкция /В.В.Горев, С.Н.Косых, В.В.Михайлов (СССР). - 3510741/29-33; Заявлено 01.10.82; Опубл. 23.03.84. Бюл. Р II. - 3 е.: йл.

13. A.C. I30873I СССР ШИ3 Е 04 С 3/10. Способ монтажа предварительно напряженной комбинированной системы /А.Е.Деженин, С.Н.Косых, В. В. Михайлов, А.А.Орлов (СССР). - 3893348/31-33; Заявлено 29.04.85; Опубл. 07.05.87. Бюл. 17. - 4 е.: Ил.

14. Положительное решение на выдачу патента СССР. Иалоэлементная предварительно напряженная конструкция покрытия и способ еа сборки /В.В.Михайлов, В.И.Полозов (СССР). - 4832417/33; Заявлено 19.02.91.

15. Разработка и исследование эффективных строительных конструкций с вторичным использованием стальных канатов, списанных

с грузоподъемных тайн и механизмов (заключительный) ДиППИ, Рук.темя В.В.Михайлов,. 3 ГР - 0186.0018694; «ни. Г» 0288.0047211 - Липецк: ЛиППИ, 1987, - 99 с.

16. Совершенствование конструктивной форм! и методики расчета "предварительно напряженных и других легких металлических конструкций. Отчет о научно-исследовательской Госбюджетной работе. руководитель теш В.В.Михайлов. - » ГР. 01.86.0030444; инз. Ii 0283.0077530, - Липецк: ЛиППИ, 1985, 72 с.

17. fc'ichailow W.V7. Uber Effektivitäteerhohung .der Vorspannung im Stahlbau.- - Festschrift ?rof. Tekn. Dr. Rolf Baehre, Karlsruhe, 1983, S. 523-527.

i '

18. Jilkhailov V.V. Ireetreeeea Metallic Structures with Bracing Being Temporarily Turned off. - Cable, Membrane, and Space Traraework Structurea, Conference, Bratislava, 1990, P«

19. Михайлов B.B. Повышение эффективности применения предварительного напряжения в строительных конструкциях. Материалы международной научно-технической конференции "Новые методы расчета, материалы к технологии в строительстве", Алчевск: 1993, с-.-III.

МИХАЙЛОВ. Виталий Витальевич

Предварительно иапряжаннаа каиструкцяи с вршаига шплтгшщшяея осяаяия (05.23.01 - Строительные конструкции, здания ш соорукагая)

Сдаг.э в набор »27. С/. Подписью к печати 2?,

Сориат буиагм 60x90 I/I6 0бъем_?)££п.л. Закаа ¿66. Тираа 100 окз.

Типография ШИТа, Москва, ух.Образцова, 15.