автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Работа деревянных панелей, настилов для пространственных конструкций при сдвигающих усилиях

ОРДЫ IIA ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАЧИМ ГОСУДЛРСТВИИШН ЩИ ГГРАЛЫШЛ I Ii т Ю-ЖСЛДДОИ ATIÜÍbC rail! И Ш'О^ЖТЛО-^КСПЕРИМЕНТАЛЫ DJÜ ШЮТИТП' ш11лкксшх ПРОБЛЕМ СТРОИШЬШХ КОНСТРУКЦИИ и сооружкшИ им. В. Л. КУШ 'МЖО (ЩМИСК им.Кучорстсо)

РГо 00 - 1 mar 1993

На правах рукописи

ПОНОМАРЁ11КО Алла Михайловна

УДК 624.073.011.1:624.074.001.5

РАБОТА ДЕРШНШХ ЛАПШИ, НАСТИЛОВ ДЛЯ НГОСТРАНСТВКНШХ КОНСТРУКЦИИ ПРИ СДВИГАЮЩИХ УСИЛИЯХ

...........¡ыидш» Oö.23.01 - строительные конструкции,

здания и сооружения

Автореферат диссертации на сопск/шнв учопой столсни кандидата технических наух

Г.юскпа - 1УЭ2

Работа выполнена в ордона Трудового Красного Знамени Государственном научно-исследовательском и нроектно-экспериментальном институте комплексных проблем строительных конструкций и сооружений им.В.А.Кучеренко (ЦШШСК им.КучеренкоJ .

Научный руководитель - кандидат технических наук,

старший научный сотрудник ШТИКРЕСТОВСКИЙ K.II.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

академик АТР ВАЛУЙЖИХ В.П. - кандидат технических наук, профессор , СЛИЦЮШОВ Ю.В.

Ведущая организация - Моспроект-3

Защита состоится /// _199г. в

Л*

на заседании специализированного совета Д.033.04.01 но защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при ордена Трудового Красного Знамени Государственном Центральном научно-исследовательском и проектно-экспериментальном институте комплексных -проблем строительных конструкций и сооружений им.В.А.Кучеронко по специальности 05,23.01 "Строительные конструкции, здания и сооружения", по адресу: 109428, Москва, 2-я Ин- • ститутская, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ц1МИСК им.Кучеренко.

Автореферат разослан » ({_199 г.

• Ученый секретарь специализированного совета. ' ВОРОБЬЕВА.С.А.

, кандидат технических нау^с

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работу. Исследование вопросов пространственной ичботн элементов ограждения в составе покрытия является весьма .ктуальной задачей и при ее надлежащем решети экономия древеси-;н может достигать 30$.

Пространственные конструкции обладают резервами прочности несущей способности за счет перераспределения внутренних уси-:ий и связанного с этим свойства приспособляемости. Существуют азличные пространственные деревянные конструкции, например обо-очки локрыта я зданий, емкости для хранения сыпучих материалов, бъемиые блоки для мобильных зданий, в которнх в качестве эло-ентов покрытия и стен применяются деревянные панели и настилы з досок. Названные конструкции широко распространены. Однако сслодоваиий их работы с учетом специфики - восприятия сдвчгаю-их усилий различной интенсивности - пока недостаточно. Внпол-оннко в диссертации исследования связаны с выяснением вопросов ФФгктивносги работы на сдвиг панелей о дощатыми обшивками и динарннх настилов из досок, применяемых в качестве элементов граадеиия в цили!!дрических оболочках из клееной древесины.

Цдлью щбо'щ является исследование работы деревянных па-е'лей и настилов из досок для пространственных конструкций т.1-а цилиндрических оболочек из клееной древесины с учетом совестной работы при сдвигающих усилиях.

Научная новизна работы:

- исследованы резервы прочности и несущей способности на пвиг дощатых панелей для пространственных конструкций. Опреде-ена эффективность совместной работы обшивки с каркасом пане-ей при трех видах крепления обшивки;

- экспериментально на натурных конструкциях исследована пространственная работа элементов настила с каркасом двух цилин; рических оболочек покрытая из клееной древесины;

- предложена методика инженерного расчета цилиндрических оболочек из клееной древесины с учетом совместной работы элемен тов покрытия (настила и панелей) с каркасом;

- разработаны рекомендации по проектированию цилиндрически: оболочек с покрытием из деревянных дощатых панелей с учетом их совместной работы с каркасом при сдвигающих усилиях.

Практическая ценность работы и внешние, Учет работы пане лей и настилов из досок, работающих на сдвиг, в составе простра ственных конструкций типа цилиндрических оболочек позволяет сни зить расход древесины на 18$, стали на 42$ по сравнению с плоскостным решением конструкции.

Результаты проведенных исследований использованы при прое тировании покрытия колхозного рынка в пос.Салтыковка Московской области / Шифр объекта 7,90,412./, а также при выполнении отчет "Методика прочностного расчета и испытания домов как единых конструктивных систем" / Х/Д № 873/91, НПО Деревянного домостроени "Научставдартдом", Балабаново, Калужской обл./.

Апробация тботы и публикации.Основные положения диссертационной работы были доложены на научно-технической конференции "Молодые ученые - сельскому строительству" ЦНИИЭПсельстроя в 1990 г. Материалы диссертации отражены в трех публикациях.

IIa ;„

- результаты экспериментальных и расчетных исследований де ревянпых панелей для пространственных конструкций с дощатыми об шивкаш при вдвигающих усилиях с учетом включения обшивки в общ

...............I ................................................... .......................

Решение о выдаче авторского свидетельства по заявке

К 4929487/33 от 22,04.П г.

Зоту конструкции;

- результаты экспериментальных и расчетных исследований нап-вкенно-деформяровштого состояния настила двух цилиндрических мочек из клееной древесины;

- предлагаемая методика инженерного расчета цилиндрических элочек из клееной древесины с учетом совместной работы элемен-а покрытия (настила и панелей) с каркасом;

- рекомендации по проектированию цилиндрически* оболочек с крытием из деревянных дощатых панелей с учетом их совместной Зоты с каркасом при сдвигающих усилиях.

Объем Работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, ;цих выводов, списка литературы из /3£ наименований, приложения, щий объем работы м страниц, в том числе т страниц маши-писного текста, И таблицы, £9 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность, цель, дано краткое держание работы.

Первая; глава посвящена анализу состояния вопроса, обоснова-ю предполагаемых исследований. Рассматриваются примеры примрне-я панелей на деревянном каркасе для пространственных конструк-й в отечественной и зарубежной практике. Проведен обзор прост-.нственных покрытий из древесины типа цилиндрических оболочек, которых в качестве ограждающих элементов применяются деревянные дели и настилы из досок.

К настоящему времени проделана большая работа по разработке конструированию деревянных панелей, применяемых в качество ог-идашия в различных пространственных конструкциях из клееной

- fi -

древесины. Отмечается вклад инженеров и ученых (Лрленшюва Д.К., Ковальчука Л.М,, Кондратенко Б.Е., Линькова И.М., Ломакина А.Д., Михайлова А.И., Дмитриева U.A., Бойко А.Л., Касаткина В.Б., Ор-ловича Р.Б., Иятикрестовского К,И., Стрижакова Ю.Д., Фрейдпна А.С, Черноивана В.М., Жаданова В.й. и др.) , научно-исследовательских и проектных организаций (ПШИСК им.Кучеренко, Ц1Е1ИМ0Д, ЩМИЭП им. Мезенцева, ЦННИЗНжилища, ЦНИИпромзданий, ЦНИИ'ЛТучебных зданий, • ГипроНИсельхоз, ГИИРОлеспром и др.), вузовских кафедр и лабораторий строительных, лесотехнических и политехнических институтов (ЛИСИ,ШСИ,ХИСИ, 11ИСИ, РИСЙ и др.).

Рассмотрены работы, касающиеся включения ограждающих элементов (панелей, настилов) пространства«них конструкций в совместную работу с несущей конструкцией (Работы Галушко 11.Г., ^Ыитрие-ва H.A., Кабанова К.Л., Каоабьяиа Л.В., Колпакова C.B., Кондакова А.Г., Кривцовой Г.В., Лабудина В.В., Иятикрестовского К.П., Светозаровой £,11., Стоянова В.В., Стрижакова Ю.Д., Хлебного Я.Ф., Щепеткиной E.H. и др.)

■ Проведен краткий анализ работ, посещенных разработке и исследованиям пространственных сводов-оболочек из древесины, включая цилиндрические оболочки (Работы Шухова В.Г., Ершова H.H., Кагана М.Е., Карлсена Г.Г., Коченова В.М., Кашкарова К.Н., Свен-цицкого Г.В., Песельника С,И., Хлебного Я.Ф. и др) и теоретических работ (Власова В.З., Василькова B.C., Гениева Г.Л,, Лауля Х.Х, Милейковского И.Е., Кагана М.К., Карлсена Г.Г., Райзера В.Д., Ржа-ницина А.Р., Хлебного Я.Ф. и др.). .

В пространственных конструкциях типа цилиндрических оболочек возникают сдвигающие усилия различной интенсивности. В качестве ограждающих элементов в них применяются деревянные панели и ■ настали из досок. Проведен ряд' работ по исследованиям совместной

эботн панелей и настилов с каркасом различных пространственных онструкций. Однако остались не вполне выясненными вопроси э^-эктмвности работы па сдвиг одинарных настилов ив досок, приме-гсемых как в панелях, так и в виде отдельных досок для объедине-;1я каркаса из клееной древесины в единую конструкцию, резервы эторых недостаточно изучены и реализуются.

Учитывая изложенное, и в соответствии с поставленной целью, иределены основные задачи исследования:

1. Исследовать резервы прочности и несущей способности на ивнг деревянных панелей с дощатыми обшивками. Определить э^ек-лвносгь совместной работы обшивок с каркасом при различных влах крепления дощатой обшивки.

2. Исследовать напряженно-деформированное состояние элемпн-эв настила цилиндрических оболочек из клееной древесины. Вня-!ть степень участия настила в совместной работе с каркасом обо-эчек при сдвигающих усилиях в оболочках.

3. Газработать рекомендации по проектированию цнлиндрцчес-

IX оболочек с покрнтип'м деревянных дощатых панелей с учетом их звмостной работы с каркасом при сдвигающих усилиях.

Втогщ глава посвящена экпернментальным и численным несли-званиям панелей с дощатыми обшивками на сдвиг.

Для проведения экспериментальных исследований были изготовят четыре панели. Две из четырех деревянных панелей размерами ,5 х 3,0 м состоят из трех продольных и трех поперечных ребер ! досок сечением 40 х 130 мл, образующих каркас панелей в виде жмоутольиых ячеек' с креплением элементов каркаса встык гвоздя-1 и односторонней обшивки из досок сечением 20 х 75 ш, каждая. ( которых крепится к продольным ребрам вначале одним гвоздем в адом соединении, а затем тремя. Пломгнтн жесткости в виде до-

оок сечением 40 х 130 мм устанавливаются плашмя по диагонали ячеек и крепятся гвоздями к" каждой доске обшивки (вначале одним гвоздем в каждом соединении, затем тремя) .

две другие деревянные панели такой же конструкции усилены металлическими диагональными полосами. Стальные ленты шириной 60 ш толщиной 1 т, размещены снаружи обшивки по диагоналям па нелеК, причем ленты закреплены к обшивке по всей длине к каждо" доске,одним гвоздем, а в углах панели - к продольному и. попероч ному ребрам. •

Испытания проводились ж кратковременное и длительное воздействия на специальной установке, позволяющей прикладывать к панели усилио сдвига. Панель погашалась в установку вертикально боковой стороной к основанию. Перемещение нижней стороны ограии чивалось лобовым упором. Нагрузка прикладывалась по верхнему ребру панели. Кратковременная - при помощи гидравлического дом-• крата ДГ-5, длительная - при помощи платформы с грузом. Панель 'фиксировали от опрокидывания при помощи вертикальной катконой опоры.

Краткотзреыенике испытания каждой панели проыодчлись в плп этапов. 0д:ш атап включат стулеичатоазагружетш-разгружение панели по 0,5 и 1,0 мм до горизонтального перемещения, соответствующего расчетному (1/200 высоты панели) , затем предельному (1/100 высоты панели) . За расчетную принималась нагрузка, при которой наибольшее горизонтальное перемещение панели составляв-1/200 ее высоты ^7,5 мм) . Горизонтальное перемещение, равноо 1/100 высоты панели (15 мм), считалось предельным, а соответствующая нагрузка - разрушающей.

Длительное зйгружеиие панелей проводилось ступенями по 0,205А/раоч (//расч - рг-счетная нагрузка, определяемая пр^ кра-

_ о -

юпремешшх испытаниях ) до разрушающей нагрузка. Горизонтелы-'сс [еремещение (сдвиг ) панелей фиксировалось прогпбомером Максимове, (еформацпи деревянных элёментов конструкций - индикаторами ча-ювого типа.

В результате проведенных экспериментальных исследований опрс-; (елена жесткость и несущая способность дощатых панелей на сдвиг, ¡ыявлена эффективность каждого пз соединений и" степень участия (осок обшивки в совместной роботе с элементам каркаса при этом. )ценка несущей способности проводилась по методике д.т.н., проФ. ). М.Иванова.

Установлено, что для панелей с креплением досок обшивки сд-пш гвоздем в каждом соединении величина расчетной несущей спо-юбности невелика и составляет 4,7? кН; при разрушающей нагруз-№ - 9,79 кН . При этом напряжения в досках малы - до 5? рас-готного сопротивления . .для панелей с усиленным гвоздевым креп-геиасм досок обшивки тремя гвоздями в каждом соединен:!.; к коп-?урным ребрам эти величины составили, соответственно - 5,0.кН ч 12,8 кН , при напряжениях в досках до 26!? расчетного сопротгш-юния. Для панолей, усиленных металлическими диагональными полонии, соответственно - 9,6-кН и 19,4 кН • Крепление досок обшив-си одним гвоздем в каждом соединошш но обеспечивает эффектив- . ¡ого включения обшивки .в совместную работу с элементами каркаса. 1ри увеличении количества гвоздей до трех в каждом соединении [осок обшивки с продольными ребрами, жесткость панелей уволичм-¡ается на 21£, при увеличении напряжений в дссках в 4,4 роза. 1ри усилении панелей металлическими лиагон&шшп полосами, сесткость увеличивается на 05;!, при этом значительную часть ¡двигающих усилий воспринимают металлические диагональные полосы, а специфика крепления полос к обшивке и каркасу позволяет

иолудать дополнительную уооткосгь на си,виг за счет включения досок обшивки в совместную работу с каркасом. Напряжения в досках увеличиваются на 10-20$.

• Численные исследования панелей выполнены методом конечных элементов с применением вычислительного комплекса "Лира" па ЭВМ КС 1061. В качестве расчетной схемы принята плоская стержневая система, полученная путем аппроксимации ребер п обшивки шарнир-но-стержневой системой. Ребра каркаса панелей аппроксим-ровалп прямоугольными стержневыми конечными элементами с фактической продольной и изгпбпой кесткостями. Обшивка в ходе аппроксимации

■чщ,

заменялась шариирно-стержневой системой с приведенной жесткостью по несущей способности гвоздевых соединений. При этом модуль упругости стержней обливки определялся так:

р _ £ ' Tri ■ П4 11 \

h'Rc Я ' 1 ' •

где £ - Фактический модуль упругости;

T,i - несущая способность гвоздевого соединения; П,1 - количество гвоздевых соединений стержня; Rc - расчетное сопротивление сжатию; J}, - площадь поперечного сечения стержня; 2 - коэффициент, учитывавдий, что каждая доска крепится для восприятия усилия сжатия-растязштя _с двух кон' цов.

Оценка результатов расчета стер,.новой г»,одели и сравнение их с данными эксперимента показали, что характер распределения внутренних усилий и перемещений в элементах панелей качественно совпадает. Количественно по всем компонентам ьапряадшо-дефор-кировашюго состояния конструкции в местах расхождений расчет-дает значения, идущие в запас прочности,. Расхождения в макси--

. ! - и -

¡алышх величинах горизонтальных перемещений при расчетной нпг->узке составляют: для панелей с креплением досок обшивки одним 'воздем в каждом соединении - 14^; для панелей с креплением до--юк обшивки тремя гвоздями в каждом соедипеииг - для пане-сей с усилением металлическими диагональными полосами - Ш. ■ 'асхожденпя величин нщшвипЯ в обшивке панелей составляют в ¡редном 7 - 215!.

Третья рлавд посвящена Зкспериментаяьным исследованиям ' ¡апряженно-деформированного состояния элементовдтсхила двух далиндрическпх оболочек из клееной древесины. Проведена оценка »ффективности и степени участия дощатого настала в" совместной" тботе конструкции.

Исследуемые оболочки явЛяютсп средней волибй многополнового юкрытия.. Конструкция пролстпвлягаг собой цилиндрические обол^ч-си переменного сечения игршюЛ от 11,5 метров у наружного крля 7,88 метро,в у внутреннего - оболочка 1 1 и шириной от 7,76° ютров у наружного края до 3,73 у. внутреннего - оболочка .А* 2г Зболочки выполнены из клееный деревянных элементов каркаса и до-зок, образующих пастил. Каркас оболочек образуется Сортовой элементами в виде балок сечением 13 х 60 см, арками-диафрагмами сочетаем 13 х50 см с затяжками из круглой стали, аркаш-реб-эами сечением 13 х ХП см, расположенными с шагом 154 см (для " зболочки № 1) « 166 см (для "Ьболочкл ^ 2) , распоркам; сеченч-зм 13 х'1Ь см, расположенными в четвертях пролета арок. Доски [астнлп толщиной 40 ш располагаются параллельно бортовым з.чл-доп-гам, в ».остах каждого пересечения с apKai.ni крепятся к л 'г.: гвоздями. Аркл »1 распорки пр'Ч.шагат к соответствующим эле:..онт:и.;

цоидо. балочных кар.лмов ;:э сталч, которые кренятся спсц.1-хвьишл вантопкы гвоэдяг..д, ;.лп восп^яят^я сд1/:1:иших ч »-асуи-

гиьаодих усилий в угловых зонах оболочек расположены стальные полосы сечением 00 х 4 мм и стальные стержни диаметром 13 мм, которые крепятся к выпускам вклеенной арматуры бортовых элементов и арок с помощью сварки. По длине оболочек расположены стал] ные затяжки с креплением к бортовым элементам, которые имитирует действие соседних оболочек в многоволиовом покрытии. Опытные образцы изготовлены на основе упругого расчета конструкций как монолитной оболочки, чтобы работа настила проявилась наиболее полно.

Испытания проводили на споциально сконструированном стенде, состоящем из балласта, образующего силовой пол, системы из шест, гидравлических домкратов и распределительной системы, обеспечивг ющей приложение нагрузки не реже, чем через 25 толщин настила вдоль ребер оболочки, т.е. 75 см.

Нагрузку прикладывали ступенями по 0,25 и 0,5 кН/м2 с выдержками до затухания перемещений. Было исследовано напряженно-деформированное состояние оболочек при различных вариантах заг-ружения. В настоящей работе рассматриваются результаты испытаний оболочек Л 1 и № 2 при действии распределенной нагрузки по всей поверхности оболочек в составе многоволнового покрытия. Для оболочки № 1 - при испытании до разрушающей нагрузки, равной 4 ,<"

о

кН/м . Для оболочки 2 - при длительно действующей ступенчатой

О

нагрузке интенсивностью до 3,3 кН/м (1,5 расчетной на собственно оболочку^

При испытаниях фиксировали вертикальные и горизонтальные пе ремещения при помощи крогибоморов, а также деформации всех элементов при помощи индикаторов часового типа. Всего на каждой обе лочке было установлено 168 приборов.

В результате проведенных.экспериментальных исследований выявлен характер напряженно-деформированного состояния элементов

оболочек № 1 и № 2 при различной интенсивности загрукения. Анализ эпюр распределения прогибов, нормальных и сдвпгэднх усилий, изгибающих моментов показал, что общая карт.ша деформаций конструкций согласуется с представление}* р деградациях цилпндрлчетких оболочек.

Б работе вначале лроводен краткий анализ шшрдаенио-доФор-мированного состояния элементов каркаса оболочек, затем плег./гп-тов настиле, Выявлено дли оболочки № 1, что до нагрузки :3,в кНД1 нарастание прогибов можно считать лиПейнш... Отмечена несимметричность прогибов в поперечных сечениях, что является обичнп'., особенно при натурных испытаниях. Прогиби арок относительно лы. Максимальный прогиб при нормативной нагрузке составил 1/С пролета. Прогибы арок-диафрагм при разрушающей нагрузке пи повышают 1/700 пролета. Прогибы бортовых элементов при норьпарной нагрузке на бортовые элементы, равной 3,16 к11/м", почти ровны предельным и составляют 1/240 пролета. При этом иапрт.рц-нои состояние конструкции характеризуется наличием норма.'1Ы.с;: и изгибпых напртотшй во всех элементах киркеся. Гортоыю элементы в средней части испытывают действие максимальных изгибающих моментов и продольных растягивающих усилий. Вблизи опор кор-мильдыо усилия меняют знак. ¡л'о обусловлено жестким креплением

I 1

бортовых элементов к колоннам л влиянием утлопкх стержней оболочки, которые препятствуют вертикальным перемещениям прионор-ных участков. Суммарное максимальное растягчьгиощео напряжение . в бортовых элементах при расчетной нагрузке ня собственно.оболочку равнялось 11,7 Ша, т.е. иревшало риоч<.-тйое ;л>.ачение, равное 10 ¡.¡На для клееной дровосипы на IV;*. Текое превышение в простршюхвешшх конструкциях допускается, есм иметь ввиду пе-рсраепр(;делс«-ие усилий между элементами.

Для элементов каркаса оболочки Ш установлено, что при ступенчатой длительно действующей нагрузке до 3,3 кН/м^ (1,Ь расчеч ной на оболочку) приращение прогибов в разных участках оболочки неодинаково - от 14$ до 30?!, Картина напряженного состояния оболочки №2 характеризуется неравномерностью приращения напряжений (усилий) от нагрузки, а также неравновесным во времени изменение моментных и осевых деформаций. Проводилась численная оценка валу чин перераспределения усилий в элементах каркаса оболочки на анг лизе эпюр моментов и- продольных сил.

Анализ результатов напряженно-деформированного состояния элементов настила оболочек показал, что доски настила оболочки №1 испытывают сжатие с изгибом. Наибольшие нормальные напряжения характерны для участков средней части оболочки. Максимальный изгиб характерен для участков приближенных к контурным элементам. Максимальные суммарные напряжения, при расчетной нагрузке на собственно оболочку (2,2 кНД/') не превышают 351 расчетного сопротивления. При нагрузке, близкой к разрушающей, напряжения' досок настила левой части оболочки SI около более напряженного бортового элемента меняют знак. Происходит смещение нейтральной оси оболочки.

Пастил оболочки №2 при длительных воздействиях деформируется неравномерно по поверхности. При расчетной нагрузке на собственно оболочку (2,3 кН/м2) доски настила испытывают сжатие с

изгибом. Максимальное напряженно при этом составило 25,3% рас-

2

четного. При длительном загружении оболочки нагрузкой 3,3 кН/м , в ходе парораспределения усилий, максимальные усилия вблизи наиболее напряженных участков арок увеличиваются в 2,5...4 раза. Ьколо бортовых элементов - в 1,4 раза. При этом суммарные максимальные напряжения в настиле не превышают расчетных.

Сдвигающие усилия характеризуются горизонталыпь.! i нг^-епс-.и-.дац бортовых элементов, диафрагм и арок-ребер. ¡у'акопк.п.'и.иы. встающие усилия, приходящиеся на пастил оболочек .11 и 42 соот-гствошю составил!' 2БД'', и 31,7;", расчетной несущей способпоог: этила на сдвиг.

За время испытаний конструкций признаков разрушеп-и оде мы з настила оболочек Я. и и видимых нарушений гвоздевых ссо-íonnü ие наблюдалось.

Исследования шпрятешю-дофорьгировашюго состояния оболоч' к ,1 кратковременных и длительных нагрузках показали З'Т, истин -зть включения настила lia гвоздевых соединениях п совместную Зоту с хлеепши б0[.Т0ьш'1 ожмоитлш. Мпксиг/гльлан нрпелалы-эцая нагрузка, приведенная к' погонной на бортовые элкмовты отавляет для оболочки №1 - 21,72 кН/мп (jipn нагрузке на обо-

Г)

чку 4,4 кН/м" ) и для оболочки К! - 19,02 кП/мп ^нри нагрузке

о

оболочку 4,6 кП/м ) , что превышает их несущую способность к плоскостных конструкций соответственно в 5,2 и С,S рас. :: лог.'., пастил оболочек обоспечпвьет пространственную работу ко. -рукций. '

По результатам испытаний была проведена оценка длительно", сущей способности оболочпе по рекомендации.: Ю.М/'вапога. '"т-чеао, что для собственно оболочки "1 и Í2 окст-риисн'гачыше офТ лщенты .адекпости Г провнаомт т^ебуемиИ коп'Т.у. ц-oi.t !*,»<,?6 1,2 pana. Однако на иортоюые олоуснтн щлход'тсв «ач»;и [Устная нагрузка собственно оболочка, так как они являются' общ -для двух смежных оболочек многоволнового покрытия. Поз roí,-.у ачепие экспериментального коэффициента при этом услов;;::, ¡Miro для оболочек П и соответственно 1,ОС : l.r? ос; . 1'.цли дани уекоиецдоцил и« уиед^чеями ьисо:!: сечи". ¡ о;,, ¡í-

вых элементов с 60 до 75 см, а для определения приведенной толщины собственно оболочки предложена Формула, учитывающая несущую способность настила в зависимости от гвоздевых соединений:

где Тп - наименьшее значение несущей способности гвоздевого соединения согласно СНиП П-25-80;

' П,& - количество гвоздей, принятых для крепления каждой ■ доски;

Яс -. расчетное сопротивление сжатию древесины;

Ь - ширина доски;

2 - коэффициент, учитывающий, что каждая доска должна крепиться для восприятия усилий растяжения-сжатия с двух концов.

Четвертая глава посвящена ре счетно-теоретическому исследованию напряженно-деформированного состояния цилиндрических оболочек из клееной древесины.

Расчет оболочек проводился инженерным методом, предложенным Л.С.Гильманом и развитым Х.Х.Лаулем, И.Е.Милейковским, ГГ.Л. Пастернаком. Схема оболочки .при расчете на прочность в продольном направлен™ по предельным состояниям, представляется в виде балки фигурного сечения. Метод расчета не позволяет получить значения изгибающих моментов в поперечном направлении. Для практических целей эти моменты не представляют интереса. В остальном точность расчета зависит от точности составления исходных данных. В данном' расчете настил оболочек из отдельных досок заменен "скорлупой" приведенного сечения, толщина которой определяется несущей способностью гвоздей, соединяющих доски и каркас оболочек. Другой особенностью расчета является раздельный учет жесткости распорок оболочек: для вычисления жесткости на изгиб они учитываются, а для определения сдвигающих усилий - нет.

Приравнивая внешний изгибающий момент к выражению момента внутренних сил относительно центра дути Цоперечного сечения оболочки, получим

Мр , (з)

где - расчетное сопротивление сжатию;

5 - приведенная толщинд оболочки по несущей способности

гвоздевых соединений досок обшивки с учетом распорок; Г - радиус кривизны оболочки;

0р- половина центрального угла, соответствующего сжатой

зоне сечения оболочки; С - расстояние от центра дуги поперечного сечения оболочки до центра тяжестч бортового элемента; /¡¡- сечение бортового .элемента;

расчетное сопротивление бортового элемента растяжению. Из условия равновесия продольных сил в сечении определяется угол, соответствующий ширине сжатой зоны:

^'.»«^(Г-С, ' (4>

Требуемая площадь сечения растянутой зоны бортового элемента определяется по формуле:

/) - Ка' 8Р ' Г • В , .. Л*----(ь)

Расчет оболочек по прогибам проводили как для балкч приведенного сечения. Максимальный прогиб определяли по Аормуло:

/ =_дм* '

Ляох .1*4 • . Т.

ж • Е^ Х«,-' ^

где ^ - погонная нормативная распределенная нагрузка в среднем сечении оболочек о учетом нагрузки от сногорого мешка; ¿ - пролет оболочки; 3„Л - МОГ.ОПТ ИНСЩИН прнпгапшюго СГЧИИЛ;

коэффициент для момента инерции составных сечений, учитывающий сдвиг податливых соединений; ЕГЛг приведенный модуль упругости приведенного сечения. Напряженное состояние тонкостенной части оболочка характеризуется преимущественной работой на сдвиг. Оценка сдвигающих усилий по прямолинейному контуру выполняли по Формуле (7) , по криволинейному контуру - по Формуле (о) :

5 = о Л б- | (7)

5 г(&и и- Чк), (3)

где Д - момент инерции поперечного сечения оболочки; Г - радиус кривизны оболочки;

0, - половина центрального угла дуги оболочки в рассматриваемом сечении; - текущая угловая координата в сечении криволинейного контура оболочки; (3 - поперечная сила в рассматриваемом сечении от нагрузки, приходящейся на единичную плоскость оболочки; б- приведенная толщина оболочки,'определяемая по несущей способности гвоздевых соединений досок настила.

л , (9)

где X - момент инерции криволинейной части оболочки по приведенной толщино с учетом действия распорок. Величину ^ в Формулах (7) и (8) определяют как:

I * , и

где Г - радиус крипнзны оболочки;

2 - расстояние от лкмшго оболочки до центра тдасестц иоого сечмпн.

- 19 -

Б работе оценена жесткость конструкций и степень участия астила в совместной работе. Практический расчет показал вполне довлетворительноо соответствие с экспериментальными данными, оличественное расхождение полученных значений идет в запас рочности. Расхождения в максимальных величинах прогибов до 9%, акоималышх сдвигающих усилиях - до 19%, Настил воспринимает о Ъ2% сдвигающих усилий от максимального суммарного значения, ойствующего вдоль бортовых элементов.

Па основании расчетных и экспериментальных данных уточнили еобходимую высоту бортовых элементов для многоволнового покрн-ия. Уточненная высота 75 см составляет лишь половину от высо-ы, необходимой для таких конструкций, расчитываемых по нлос-остной схеме.

В пятой главе приведен пример конструирования и рекоменда-,ии по проектированию цилиндрических оболочек с покрытием из еревянных дощатых панелей с учетом совместной работы при слагающих усилиях.

Конструирование оболочек с покрытием из деревянных дощатых анелей проведено на примере испытанных конструкций.

Даны рекомендации: по устройству покрытия из оболочек с элг-ентами каркаса из клееной древесины и деревянных панелей с уче-ом обеспечения жесткости оболочек на изгиб в поперечном напылении и сдвиг; по расчету оболочек и учету панелей в совмеот-:ой работе с каркасом.

Приведен сравнительный анализ предложенной цилиндрической 'болочки с элементами каркаса из клееной древесины и панелями ;окрытия с дощатыми обшивками и плоскостного покрытия подобной 'сометрии, кбтох>ый показал преимущество пространственной конст-•укци-л: но расходу древесины оболочку. экономичнее на но >асходу металла - на '12:1'.

- 20 -

основные' выводы

1. Изучены экспериментально и теоретически резервы прочно< ти и несущей способности на сдвиг деревянных панелей для новых пространственных конструкций с различными видами крепления дощатой обшивки. Определена эффективность совместной работы обшивки с каркасом панелей при трех видах крепления обшивки при сдвигающих усилиях. Выявлено, что усиление панелей диагоналыш' ми металлическими полосами с креплением их к обшивке, а в угла: панели - к продольным и поперечным ребрам, увеличивает жесткос таких конструкций на сдвиг на 65$, при этом 20?, увеличения жесткости происходит за счет включения обшивки в совместную ра> боту с каркасом. Панели с дощатыми обшивками могут применяться дая цилиндрических и других оболочек покрытия, для которых необходима повышенная жесткость панелей на сдвиг.

2. Исследования напряженно-деформированного состояния двух цилиндрических оболочек при кратковременных и длительных нагрузках показали эффективность включения настила на гвоздевых соединениях в совместную работу с клееными бортовыми элементами. Максимальная прикладываемая нагрузка, приведенная к погонной т бортовые элементы составляет для обо.лочки №1 - 21,' кН/глн и для оболочки №2 - 19,02 кН/мп, что превышает их несущую спосо'бность как плоскостных конструкций соответственно в 5,2 и в 6,В раз.

3. Выявлено, что максимальные суммарные напряжения в элементах настила, даже при разрушающей нагрузке на оболочки, не превышают расчетных сопротивлений. Фактически при расчетной нагрузке на оболочки уровень напряжения в досках составил от 0,93 Г/Па до 2,3!:) МИа для оболочки №1 и от 0,7 Ша до 3,3 МПа -для оболочк I 42. При разрушающих нагрузках максимальные сум-га; ;п;с п.тгргг/ппя п досклх достигли 0,37 Ш1а в оболочке М1 и

7,2 МПа в оболочке №2. При этом видимых нарушений гвоздевых соединений не наблюдалось. Все доски настила в средней части пролета оболочек испытывали сжатие с изгибом.

Настил воспринимает до Ъ2% сдвигающих усилий от суммарных, возникающих в оболочках при вертикальной равномерно распределенной нагрузке но всей поверхности.

4. Инженерный расчет оболочек, выполненный по схеме балки фигурного сечения показал вполне удовлетворительное соответствие с экспериментальными данными. Расхождение экспериментальных и расчетных величин составляет по прогибам по сдвигающим усилиям до 19$. При этом учет работы настила в составе оболочек производился путем приведения его ц сплошной "скорлупе", эквивалентной по прочности на сжатие дощатой обшивке. Сопротивление дощатой обшивки сжатию определяли по несущей способности гвоздевых соединений. Фиктивную толщину оболочек определяли по формуле (2).

5. На основании проведенных исследований разработаны рекомендации по проектированию цилиндрических оболочек с покрытием

из деревянных дощатых панелей с учетом совместной работы с кар- „ касом из клееной древесины. Путем сопоставления экспериментальных результатов с теоретическими установлена целесообразность учета продольных ребер панелей при определении момента шюртч оболочек в продольном направлении. Определенно приведенной толщины, входящей в формулу для вычисления сдвигающих усилий, производится без учета продольных ребер каркаса.

6. Технико-экономическое сравнение показало экономичность оболочки из панелей с дощатыми обшивками и деревянного клееного .каркаса по сравнению с плоскостной конструкцией подобной геометрии. Экономия древесины на покрытие рынка из 42 обслочгк

составляет 64,33 м3 или 18%, металла - 4,69 т или 42$.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Пятякрестовский К.П., Бшпаев Г.М., Пономаронко A.M. Натурные исследования цилиндрической оболочки из древесины// Пространственные конструкции зданий и сооружений. Исслгдовант расчет, проектирование: Сб. статей. Вып.7 / ШШбетона и железобетона. ЩМИСК им.Кучеренко'; Под.ред. Г.К.Хайдуково и

др. - М.:Стройиздат, 1991. - 17В с.

2. Иономаренко A.M. Исследование деревянных панелей для пространственных конструкций / Тезисы докладов научно-техии-ческой конференции "Молодые ученые - сельскому строительству" Апрелевка, 1990. - С.22.

5. Пятикрестовский K.II., Пономаронко A.M. Строительная панель. Решение о выдаче авторского свидетельства от 29.08.91 по заявке № 4924B7/33/033G40 от 22.04.91 г.

оця