автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Работа узлов бесфасоночного складчатого покрытия с поясами пятигранного составного профиля

Введение

1 Узлы конструкций пространственно-стержневых покрытий и методы их исследования

1.1 Конструкции узлов пространственно-стержневых покрытий, их достоинства и недостатки

1.2 Обзор экспериментально-теоретических исследований работы узлов сопряжения поясов и раскосов

1.3 Особенности расчета и конструирования бесфасоночных узлов

1.4 Цели и задачи исследований

2 Конструкции узлов бесфасоночных пространственно-стержневых покрытий с поясами пятигранного профиля сечения

2.1 Основные конструктивные формы покрытий с поясами пятигранного профиля сечения

2.2 Конструкции узлов сопряжения и опирания

2.3 Статический анализ усилий элементов складчатой конструкции

2.4 Параметрическое описание конструкции узловых сопряжений для развития исследований

Краткие выводы по главе

3 Исследование напряженно-деформированного состояния узлов сопряжения пояса пятигранного профиля с раскосами из одиночных уголков

3.1 Расчетная модель и метод исследования

3.2 Напряженно-деформированное состояние центрированного узла

3.3 Влияние расцентровки узла на распределение напряжений в узлах складчатой конструкции

3.4 Влияние податливости сечения пятигранного профиля на напряженно-деформированное состояние узла

3.5 Метод расчета бесфасоночных узловых сопряжений складчатых конструкций

Краткие выводы по главе

4 Экспериментальные исследования узловых сопряжений складчатой конструкции

4.1 Методика проведения испытаний

4.1.1 Описание экспериментальной конструкции

4.1.2 Система приложения нагрузки

4.1.3 Система регистрации измерений

4.1.4 Физико-механические свойства материала

4.2 Обработка экспериментальных данных

4.3 Напряженно-деформированное состояние центрального узла

4.4 Напряженно-деформированное состояние промежуточного узла

4.5 Напряженно-деформированное состояние опорного узла

4.6 Сопоставление результатов расчетов с данными экспериментов 132 Краткие выводы по главе 4 134 Заключение 135 Список литературы

Актуальность исследований. Применение пятигранного профиля составного сечения в качестве неразрезных поясов складчатых конструкций представляется новым и весьма эффективным средством формообразования пространственно-стержневых систем покрытий. Сдерживающим фактором использования пространственно-стержневых систем с неразрезными поясами является практическая неизученность вопросов проектирования бесфасоноч-ных узлов сопряжения. Широкое применение складчатых систем должно быть обеспечено возможностью их проектирования на основе доступных методов расчета. Разработка инженерных методов расчета сопровождается значительным объемом экспериментальных и теоретических исследований, предполагающих детальное изучение напряженно-деформированного состояния узлов. При этом необходимо обеспечить выполнение конструктивных требований, учитывающих расцентровку узла и податливость граней формообразующего профиля складчатой системы.

Создание надежного и эффективного метода расчета прочности узловых сопряжений пространственных складчатых конструкций актуально и востребовано практикой проектирования строительных конструкций.

Целью работы явилось исследование напряженно-деформированного состояния и разработка метода расчета бесфасоночных узлов складчатых конструкций с пятигранным сечением пояса.

Научная новизна работы представлена следующими основными результатами:

1. Получена совокупность математических соотношений, адекватно характеризующих напряженно-деформированное состояние узлов сопряжения бесфасоночной складчатой конструкции с формообразующим стержнем пятигранного профиля.

2. Установлено, что в складчатой системе примыкание раскосов в узле можно рассматривать как шарнирное, так как при сравнении сочетаний основных силовых факторов в узле с жестким примыканием раскосов возникает погрешность до 1,5 % в сторону увеличения значений.

3. Установлено, что расцентровка узлов приводит к снижению величины расчетного момента в неразрезном поясе складчатой конструкции при увеличении просвета между раскосами и, наоборот, при уменьшении разбежки раскосов происходит его увеличение.

На защиту выносятся совокупность научных положений и закономерностей, являющихся основой для расчета бесфасоночных узловых сопряжений складчатой конструкций с использованием формообразующего стержня пятигранного профиля; расчетная модель конструкции бесфасоночного узлового сопряжения; - результаты экспериментальных исследований, отражающие особенности деформирования узловых сопряжений с поясом пятигранного сечения и геометрические изменения пространственной системы.

Практическая значимость работы в том, что выполнена классификация бесфасоночных узловых сопряжений по характеру примыкания элементов раскосной решетки к неразрезному поясу складчатой конструкции. Разработан метод расчета бесфасоночных узлов сопряжения. Даны рекомендации по проектированию складчатых конструкций с использованием формообразующего стержня пятигранного профиля.

Достоверность полученных результатов обеспечена корректным использованием основных положений теории составных стержней и пластин и современных методов проведения эксперимента с применением метрологически аттестованного измерительного оборудования.

Реализация основных результатов работы осуществлена в производственном научно-техническом центре «ВОГТЕХПРОЕКТ» г. Томска, при разработке новых и модернизации существующих пространственных конструкций покрытия. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры металлических и деревянных конструкций ТГАСУ и на факультете повышения квалификации при переподготовке инженеров-строителей.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на VII Украинской научно-технической конференции «Металлические конструкции» (г. Днепропетровск, Украина, 2000 г.), на 58-ой научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава с участием представителей строительных, проектных и научно-исследовательских организаций (г. Новосибирск, НГАСУ, 2001 г.); на 2-ой Международной конференции «Архитектура и строительство» (г. Томск, ТГАСУ, 2002 г.); на Международной научно-технической конференции «Современные проблемы совершенствования и развития металлических, деревянных, пластмассовых конструкций в строительстве и на транспорте» (СамГАСА, PAT, Самара, 2002), на научных семинарах кафедры металлических и деревянных конструкций Томского государственного архитектурно-строительного университета (2000, 2001, 2002, 2003 гг.). В полном объеме диссертационная работа докладывалась на объединенном научном семинаре кафедр «Металлические и деревянные конструкции», «Мосты и сооружения на дорогах», «Железобетонные и каменные конструкции», «Строительная механика», «Основания, фундаменты и испытания сооружений» Томского государственного архитектурно-строительного университета (г. Томск, 2003 г.)

Результаты теоретических исследований и экспериментальных данных отражены в шести научных публикациях и описаниях двух патентов, одной заявки на изобретение и одной заявки на полезную модель, по которой получено положительное решение. диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. К диссертации прилагаются акт и справка о внедрении.

Заключение

По результатам проведенных экспериментально-теоретических исследований можно сделать следующие выводы:

1. Научно обоснована и экспериментально подтверждена перспективность использования бесфасоночных узлов сопряжения в складчатых конструкциях покрытия.

2. Показано, что расчетная модель, представленная в виде системы сопрягающихся пластин, адекватно отражает работу бесфасоночно-го узлового сопряжения складчатой конструкции с пятигранным сечением пояса.

3. Показано, что податливость узлового сопряжения не оказывает существенного влияния на изменение геометрии расчетной схемы складчатой конструкции.

4. Установлен характер влияния геометрических характеристик узловых сопряжений на их напряженно-деформированное состояние.

5. Определена совокупность исходных данных, необходимых для конструктивного оформления бесфасоночных узлов складчатой конструкции в зависимости от величины ее пролета и действующей нагрузки.

6. Внешняя экспертиза выполненных научно-технических разработок подтвердила корректность методологии диссертационной работы и достоверность полученных результатов.

1. Абаринов A.A., Кузнецов А.Ф., Шейнфельд Н.М., Козьмин Н.Б. Стропильные фермы из стальных труб. //Промышленное строительство, 1967, №3, С. 7-11.

2. Александров A.B. и др. Строительная механика. Тонкостенные пространственные системы. Учебник для вузов / A.B. Александров, Б.Я. Лащеников, H.H. Шапошников; Под ред. А.Ф. Смирнова. -М.: Стройиз-дат, 1983.-488 с.

3. Александров A.B., Потапов В.Д. Основы теории упругости и пластичности. Учеб. для строит, спец. вузов — М.: Высшая школа, 1990. — 440 с.

4. Александров A.B., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов. Учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 1995. — 560 с.

5. Алюминиевые конструкции. Справочное пособие. В.И. Трофимов, C.B. Тарановский, В.И. Спиров и др. Под ред. В.И. Трофимова. М., Стройиз-дат, 1978, 151 с.

6. Артемьева И.Н. Алюминиевые конструкции. Под общей редакцией проф. Стрелецкого Н.С., Стройиздат, 1967. 28 с.

7. Артемьева И.Н. Примеры проектирования экономичных сечений металлических конструкций. ЛДНТП, 1981. 36 с.

8. Балдин В.А., Шейнфельд Н.М. Применение трубчатых конструкций из стали повышенной и высокой прочности в перекрытиях. Металлические конструкции (работа школы Н.С. Стрелецкого), ЦНИИСК, МИСИ, Про-ектстальконструкция. М., Стройиздат, 1966, С. 50-63.

9. Безухов Н.И., Лужин О.В. Приложение методов теории упругости и пластичности к решению инженерных задач. Учебное пособие для втузов. М., Высшая школа, 1974, 200 с.

10. Бирюлев В.В. Проектирование и расчет несущих элементов легких металлических конструкций. Учебное пособие. Новосибирск, изд. НИСИ им. Куйбышева. 1981, 78 с.

11. Бирюлев В.В., Чернов И.Н. Стальные фермы с коробчатыми сечениями стержней, сваренных из уголков. //Известия вузов. Строительство и архитектура. Новосибирск, 1974 №4, с. 8 14.

12. Брудка Я. Трубчатые стальные конструкции. Пер. с польского. М., Стройиздат, 1975, 207 с.

13. Брудка Я., Лубиньски М. Лёгкие стальные конструкции. Изд. 2-е, доп. Пер. с польского. Под ред. С. Кармилова. М., Стройиздат, 1974, 342 с.

14. Гришин В.К., Ф.А. Живописцев, В.А. Иванов. Математическая обработка и интерпретация физического эксперимента,—М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. — 318 с.

15. Дайчик М.Л., Пригоровский Н.И., Хуршудов Г.Х. Методы и средства натурной тензометрии. Справочник, М.: Машиностроение, 1989. — 240 с.

16. Дарков A.B., Шапошников H.H. Строительная механика: учеб. для строит. спец. вузов. — 8-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1986. — 607 с.

17. Дехтяр А. Ш. Облегчённые конструкции металлических стен промышленных зданий. — М.: Стройиздат, 1979. — 160 с.

18. Диденко В.Н., Алпатов М.Д. Исследование узловых бесфасоночных сопряжений стержневых конструкций из труб, на ванной сварке. Материалы по лёгким металлическим конструкциям. — М.: Стройиздат, 1975, С. 162-164.щ