автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Сочетание усилий при расчете строительных конструкций производственных зданий

ПОЛТАВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ЮРІЯ КОНДРАТЮКА

Фенко Олексій Георгійович

СПОЛУЧЕННЯ ЗУСИЛЬ ПРИ РОЗРАХУНКАХ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ ВИРОБНИЧИХ БУДІВЕЛЬ

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

Автореферат дисертації на здобути наукового ступеня кандидата технічних наук

Полтава - 1998

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Полтавському державному технічному університе імені Юрія Кондратюка Міністерства освіти України

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент

Пашинськин Віктор Антонович,

Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондратюка

Офіційні опоненти: доктор технічних наук

Перельмутер Анатолій Вікторович, головний науковий співробітник ВАТ УкрНДІПроектстальконструкція

кандидат технічних наук, доцент Кінаш Роман Іванович,

Державний університет “Львівська Політехніка”

Провідна установа

Харківська державна академія міського господарства, Міністерство освії України, науково-дослідний сектор, м. Харків

Захист відбудеться к 28 ” квітня 1998 р. о 13— годині на засідані спеціалізованої вченої ради Д 25.01.02 при Полтавському державном технічному університеті імені Юрія Кондратюка за адресою:

314601, м. Полтава, Першотравневин проспект, 24, ауд. 234.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Полтавського державної технічного університету імені Юрія Кондратюка за адресою:

314601, м. Полтава, Першотравневин проспект, 24.

Автореферат розісланий “ 27

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

березня 1998 р.

Семко О.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЮБОТИ

Актуальність теми. Одним з напрямків підвищення Активності будівництва е зниження матеріалоємкосгі несучих будівельних знструкцій завдяки вдосконаленню та уточненню методики їх розрахунку, гідно з діючими нормами проектування, імовірність виникнення неспри-їливих сполучень тимчасових навантажень враховується коефіцієнтом голучення, який повинен забезпечувати рівнонадійність конструкцій, що іриймають різні комбінації навантажень. Результати численних дос-джень свідчать, що значення коефіцієнтів сполучення в діючих нормах ггановлені без достатнього теоретичного обгрунтування і, як правило, івищені. Таким чином, уточнення коефіцієнтів сполучення є актуальною ідачею, вирішення якої може дати економічний ефект при проектуванні ; сучих конструкцій.

Зв’язок роботи з науковими програмами, роведені в роботі дослідження є складовими науково-дослідної роботи, що осонуєіься в Полтавському державному технічному університеті імені >рія Кондратюка згідно з держбюджетними темами досліджень №28/94 Розробка пропозицій по вдосконаленню норм проектування будівельних інструкцій на основі дослідження їх надійності" та №43/96 “Розробка етодів розрахунку надійності будівельних конструкцій і нормування на-інтажень на них”.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є ззробка теоретично обгрунтованого та інформаційно забезпеченого гтоду визначення коефіцієнта сполучення зусиль від тимчасових наван-іжень, діючих на каркаси виробничих будівель, а також нормування зна-:нь коефіцієнта сполучення для їх використання в інженерних розрахунках.

Для реалізації поставленої мети необхідно розв’язати такі задачі:

1. Розробити імовірнісні моделі снігового та вітрового навантажень та ізначити їх статистичні характеристики для території України.

2. На основі узагальнених даних розробити імовірнісну модель кращого навантаження.

3. Виявити та дослідити основні закономірності, що зв’язують коефі-єнти сполучення з визначаючими їх факторами.

4. Розробити прийнятну для інженерних розрахунків методику норму-іння коефіцієнтів сполучення для території України.

Наукова новизна роботи:

- обгрунтована можливість подання атмосферних навантажень у зрмі послідовностей сезонних і місячних максимумів та запропонована гтодика визначення їх імовірнісних характеристик;

- розроблена імовірнісна методика визначення коефіціє сполучення зусиль від атмосферних та кранових навантажень, подани формі послідовностей максимальних значень;

- виконане нормування коефіцієнтів сполучення для терип України і розроблена проста інженерна методика їх визначення і розрахунках сталевих, залізобетонних та дерев'яних конструкцій.

Практичне значення роботи полягає в можпив< застосування отриманих значень коефіцієнтів сполучення зусиль снігового, вітрового та кранового навантажень в рамках методу граничі станів. Використання рекомендованих значень коефіцієнтів сполученні ряді випадків дозволяє знизити матеріалоємність будівельних конструх виробничих будівель.

Запропонована методика визначення і врахування коефіцієнта с; лучення зусиль від атмосферних та кранових навантажень використана г реконструкції інструментального цеху Полтавського автоагрегатного за ду і вагоноремонтного корпусу Рославльського вагоноремонтного завод;

Особистий внесок здобувача представлений:

- розробленими імовірнісними моделями атмосферних навантажень;

- методикою визначення значень коефіцієнтів сполучення зусиль снігового, вітрового та кранового навантажень;

- пропозиціями щодо нормування коефіцієнтів сполучення зусиль атмосферних та кранових навантажень для території України.

Апробація роботи. Основні положення дисертацій: роботи, а також результати проведених досліджень доповідалися Українській науково-технічній конференції “Усиление и реконструкі производственных зданий и сооружений, построенных в металле ” (м. К* 1992 р.), Міжнародній конференції “Проблеми теорії і практики за зобетону”, присвяченій 100-річчю з дня народження професора М.С. Тої ника (м. Полтава, 1997 р.) та наукових конференціях Полтавське державного технічного університету імені Юрія Кондратюка (м. Полга; 1992-1997 рр.).

Публікації. Результати досліджень, які в основному відоб] жають зміст дисертаційної роботи, опубліковані в п'яти статтях у збірник наукових праць та у восьми розгорнутих тезах доповідей на конференціях

Структура роботи. Дисертація складається зі встуї чотирьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел 135 найменувань і 5 додатків. Робота викладена на 223 сторінках, із як 132 сторінки основного тексту, 37 сторінок додатків і 16 сторінок спис використаних літературних джерел. Дисертація ілюстрована 21 рисунком 17 сторінках та 26 таблицями на 21 сторінці.

з

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обгрунтована актуальність, наукова новизна та Фактична цінність роботи, визначені основні завдання досліджень і )ротко викладені зміст та результати дисертаційної робота.

У першому розділі здійснений огляд вітчизняної та рубіжної літератури, присвяченої використанню імовірнісного підходу до >зрахунхів будівельних конструкцій, вивченню атмосферних та кранових івантажень, врахуванню сумісної дії навантажень і нормуванню значень >ефіцієнтів сполучення.

Статистичні дослідження атмосферних навантажень виконувалися в >ботах М.С.Стрілецького, ГА.Савицького, О.Р.Ржаніцина, Л.ЕАна-шьскої, Л.С.Гандіна, М.В.Заваріної, МА.Нестругіна, Ф.ЕДрейера, А.Штерензона, А.МАйзена, Д.М.Ротштейна, ЕЛ.Федорова, СА.Ти-ішева, А .А .Бать, В.Г.Пісчикова, Л.В.Клепікова, Б.І.Снарскіса, В.Ю Донка, ВА.Отстанова, Л.С.Розенберга, Б.М.Кошутіна, Б.П.Строкатова, Ю.Уварова, СЛ.Кантора, АЛДривінга, М.М.Складнєва, Ю.Д.Сухова, ,П.Буличева, М.В.Нікітіна, М.Ф.Мазуріна, ІА.Сергєєвої, Л.Б.Гарцмана,

Н.Травуша, А.В.Перельмутера, ВА.Пашинського, С.Ф.Пічугіна, Д.Окулова, К.СЛосицької, Н.К^Жукової, ВА.Вишневського, І.М.Щер-інь, Г.В.Волобуєвої, Х.М.Матгозієва, О.Г.Виноградова, А.Т.Копилова, .П.Сороченка, Л.В.Пономаренко, А Л.Барашикова, Є.В.Горохова, Аль іаді Салеха та інших авторів. В зазначених роботах зміна швидкості вітру інтенсивності снігового навантаження у часі враховувалась шляхом ідання навантажень у формі випадкових процесів або випадкових личин.

Статистичними дослідженнями кранових навантажень займалися Г.Пісчиков, Б.М.Кошутін, С.Ф.Пічугін, Ю.С.Кунін, СА.Ніщета, А.ТЛконко, АА.Бать, ВА.Штернзон, СА.Тимашев, ВА.Пашинський, ПД.Оку->в. В дослідженнях цих авторів з використанням статистичних даних по .вантаженнях від різноманітних мостових кранів, задіяних в різних техно-огічних процесах, обгрунтована можливість подання кранових наван-жень у формі нормальних випадкових процесів.

Проблема врахування сумісної дії тимчасових навантажень вивча-ся О.Р.Ржаніциним, В.Г.Пісчиковим, В.В.Болотіним, А.ТЛковенком, А.Штернзоном, СА.Тимашевим, СА.Ніщетою, С.Ф.Пічугіним, ВА.Па-инським, Б.Ю.Уваровим, ПД.Окуловим та іншими. Більшість досліджень конані з використанням обмеженого статистичного матеріалу, а тому іють чисто методологічне значення і не дозволяють повною мірою виріши-проблему нормування коефіцієнтів сполучення тимчасових навантажень.

У другому розділі розвиваються питання імовірнісною подання атмосферних і кранових навантажень, які відіграють вирішальн; роль у напруженому стані каркасів виробничих будівель.

Подання тимчасових навантажень у вигляді послідовносте! максимальних значень придатне як при нормуванні кожного навантаження так і при розв’язанні задачі про сумісну дію декількох навантажень. Такиі підхід дозволяє перейти від операцій з випадковими процесами до операціі з випадковими величинами, що значно спрощує обчислювальні процедури.

Сама проста методика врахування сумісної дії декількох тимчасо вих навантажень передбачає опис цих навантажень послідовностям] максимальних значень однакової періодичності. Враховуючи щорічн; повторюваність атмосферних навантажень, періодичність снігозйомок наявність снігового навантаження тільки на протязі зимового періоду імовірнісне подання навантажень виконувалось у формах послідовностеі річних, сезонних та місячних максимумів.

В дослідженнях, проведених ВА. Латинським, показано, щ< ефективна частота найбільш високочастотного випадкового процес; кранового навантаження в десятки тисяч разів перевищує ефективну частот процесу снігового навантаження. Тому більш точне врахування сумісної ді досліджуваних навантажень можливе при їх поданні послідовностям) максимальних значень, періодичність яких близька до інтервалів кореляці навантажень. З урахуванням інтервалів кореляції і щорічної повторюваносі досліджуваних навантажень, періодичності вибірок максимальних значені снігового, вітрового та кранового навантажень прийняті рівними відповід но один рік, один місяць і три години.

Імовірнісні моделі снігового навантаження розроблені за резупьта тами реіулярних снігозйомок на 75 метєостанціях, 67 із яких розташовані ні території України, а 8 - в інших, більш багатосніжних географічних района;

Традиційно застосовуваний метод нормування снігового наван таження грунтується на описі вибірок річних максимумів ваги сніговоп покрову подвійним експоненціальним законом розподілу Гумбеля, оскількі він представляє собою граничний закон розподілу максимумів із вибірої експоненціального типу. Інтегральна функція цього розподілу має вигляд:

Параметри граничного розподілу а і /? визначаються через математичн очікування т і стандарт 5 оброблюваної вибірки річних максимумів.

снд.

(1

При описі послідовностей сезонних максимумів, згідно з даними іетеостанцій, для всієї території України тривалість зимового періоду прий-іята рівною п’яти місяцям (листопад - березень), а літнього періоду - семи (ісяцям (квітень - жовтень). Оскільки зимовий період співпадає з тривалістю ими, вибірки зимових максимумів снігового навантаження збігаються з іибірками річних максимумів, а вибірки літніх максимумів снігового гавантаження складаються з нульових елементів. Для опису розподілу езонних максимумів ваги снігового покриву, як і дня опису вибірок річних іаксимумів, застосовується подвійний експоненціальний розподіл (1).

Імовірність неперевищення сніговим навантаженням, поданим у юрмі послідовностей сезонних максимумів деякого детермінованого рівня іавантаження д протягом одаого року, визначається за формулою:

;е Р3(<і) і Ря(й) - відповідно імовірності неперевищення сніговим наван-аженням рівня ц протягом зимового та літнього періодів.

Аналіз послідовностей місячних максимумів снігового іавантаження показав, що деякі вибірки мають нульові елементи, які іідповідають відсутності снігу протягом усього зимового місяця якогось юку. В окремих випадках, особливо для малосніжних районів України, іастка нульових елементів у складі вибірок місячних максимумів може іеревищувати 80%. З цього випливає, що розподіл випадкової величини нігового навантаження, який із фізичних міркувань повинен бути неперервний, містить яскраво виражену дискретну складову, що відповідає ну-ьовим елементам вибірки. Характерний приклад трансформації гістограми юзподілу при вдділенні дискретної складової наведений на рис. 1.

Для імовірнісного опису вибірок місячних максимумів снігового іавантаження пропонується використовувати дискретно-неперервний роз-юділ, в основу якого покладено закон розподілу Гумбеля:

;е С-частка ненульових елементів вибірок місячних максимумів; Рс(д) -тгегральна функція розподілу Гумбеля.

При відсутності нульових значень у складі вибірок (частка нену-ьових елементів С - 1) розподіл (3) перетворюється у розподіл Гумбеля. Іри відсутності снігового навантаження С - 0, розподіл (3) вироджується в ;ельта-функцію, а імовірність неперевищення сніговим навантаженням Іудь-якого детермінованого рівня у > 0 наближається до одиниці.

Оскільки частка нульових елементів (1-С) завжди точно проксимуєгься дискретною складовою закону розподілу (3), можливість

Р(Й)=Р3(Я)РЛ(Ч)>

(2)

ґ{д) = \-С+С' /£.(0)=1-С-І1-ехр -ехр

(3)

б

а) б)

Рис.1 Гістограми розподілу січневих максимумів снігового навантаження для метеостанції Одеси: а) з урахуванням нульових значень вибірок; б) ненульових значень вибірок.

застосування цього розподілу доведена шляхом перевірки узгодженосі розподілу Гумбеля (і) із вибіркою ненульових значень місячних максимумі снігового навантаження за критеріями Пірсона %*, Колмогорова Р т Крамера-Мізеса-Смірнова а?. При цьому ненульові елементи вибірок, щ мають близькі значення С, нормувалися і об'єднувалися у спільні вибірк* Досягнуте таким чином збільшення обсягів вибірок підвищило досговірніст перевірки», .результати якої вказують на можливість застосуванн запропонованого закону розподілу (3).

При описі процесу снігового навантаження послідовностям! місячних максимумів виявлено існування кореляційних зв’язків міз вибірками за різні місяці. За результатами статистичної обробк: послідовностей місячних максимумів одержані маїриці кореляції, кожни; елемент яких є коефіцієнтом парної кореляції, а також середні значенн коефіцієнтів кореляції. Згідно з методом узагальненої коваріації, який запре понований А.П.Кудзісом, імовірність неперевищення сніговим наванта женням, поданим у формі послідовностей місячних максимумів, деяког детермінованого рівня д протягом одного року дорівнює:

Р(?) = (1-г)ПРі+гР^, (4

;=і

де г - значення узагальненого коефіцієнта кореляції між послідовностями лісячних максимумів; Р^ - імовірність непєревищення детермінованого рівня

1 протягом]-то місяця; Рщіп ■ мінімальне значення із цих імовірностей; Ь -сількість зимових місяців.

Порівняння показало, що при значеннях снігового навантаження, більших за 70% нормативного, розходження між математичними моделями іослідовносгі місячних максимумів і розподілу річних максимумів не іеревищує 15%.

На відміну від традиційно застосовуваного методу нормування іітрового навантаження за швидкістю вітру, для вивчення сумісної дії іавантажень більш доцільно застосовувати математичну модель, що описує >озподіл вітрового тиску, який безпосередньо використовується при розрахунках будівель та споруд і визначається за формулою:

<7=0,61^, (5)

*е д - вітровий тиск у Паскалях; V- швидкість вітру в м/с на рівні 10 м над юверхнею землі. Збільшення кількості даних, необхідних для застосування фитерїш узгодженості, досягнено за рахунок об’єднання нормованих іначень вибірок, що відносяться до одного вітрового району згідно зі "НиП. Перевірка підтвердила можливість застосування подвійного жспоненціального розподілу (1) для опису вибірок річних, сезонних і місяч-іих максимумів вітрового тиску.

Значимість коефіцієнтів кореляції вибірок місячних максимумів, осі не перевищують 0,37, перевірена з використанням методики довірчих інтервалів. Перевірка показала, що більше ніж 90% середніх коефіцієнтів сореляци можна вважати незначимими, що дозволяє використовувати схему іезалежних випробувань.

Працездатність математичної моделі вітрового навантаження у формі послідовностей місячних максимумів перевірена шляхом співставлення з >езультатами, отриманими при описі вітрового навантаження апробованими методами: послідовностями річних максимумів і розподілом місячних максимумів. Розходження у значеннях розрахункових навантажень, визначних з застосуванням цих моделей, не перевищують 15%. Значення наван-аження, отримані з використанням послідовностей місячних максимумів, находяться між значеннями, визначеними з застосуванням математичних моделей послідовності річних максимумів і розподілу місячних максимумів.

Для імовірнісного опису кранового навантаження у формі юслідовносгей максимальних значень використані опубліковані результати жспериментально-статистичних досліджень, проведених Ю.С. Куніним,

З.М. Кошутіним і С.Ф. Пічугіним. Перехід від імовірнісних характеристик

кранового навантаження, представленого у формі нормального стаціс нарного випадкового процесу, до імовірнісних характеристик розподіл максимальних значень здійснений згідно з теоремою Крамера:

де Од - параметр, який враховує періодичність вибірки максимальних зн: чень кранового навантаження; п - частота перевищень рівня математичної очікування, рівна середній частоті наскрізних проїздів крана вздов: підкранової конструкції. Параметри подвійного експоненціальног розподілу Гумбеня, який використовується для опису послідовносте максимальних значень, визначається за формулами:

де ш і 5 - відповідно математичне очікування і стандарт випадковог процесу кранового навантаження.

Точність опису кранового навантаження у вигляді послідовнос: максимальних значень оцінена шляхом порівняння з результатами, отрк маними за імовірнісною моделлю випадкового процесу. Розходження значеннях навантажень, що відповідають періодам повторюваності від і д 100 років, в основному не перевищують 15%, що свідчить про достатні точність запропонованої методики опису кранового навантаження можливість її застосування в інженерних розрахунках.

Виконані дослідження дозволили представити атмосферні наванта ження у формі послідовностей річних, сезонних і місячних максимумів, кранове навантаження - у формі послідовностей річних, сезонних, місячни та трьохгодинних максимумів.

У третьому розділі викладена методика і результат визначення, коефіцієнтів сполучення зусиль від снігового, вітрового і кране вого навантажень для території України.

Виходячи із загальноприйнятої умови рівнонадайності елементі конструкцій, що розраховані на різноманітні комбінації навантажені коефіцієнти сполучення визначаються як відношення розрахунковою сумарного внутрішнього зусилля в елементі до суми зусиль від усіх діючи розрахункових навантажень. Сумарне внутрішнє зусилля в елементі кон струкції визначається як лінійна комбінація навантажень. Згідно з теоре мами про числові характеристики функцій випадкових величин, матема тичне очікування щ, стандарт 50 та коефіцієнт асиметрії внутрішньою зусилля визначаються за формулами:

а^=л/2"Іп(т>й>2я) ,

(<

Р — ВІ во ,

('

е ак - коефіцієнт впливу Л-ого навантаження, який дозволяє перейти від яачення навантаження до значення внутрішнього зусилля в елементі, що икликане дією цього навантаження; N - кількість врахованих навантажень;

- відповідно математичне очікування, стандарт і коефіцієнт симетрії А-ого навантаження.

Для виявлення та вивчення основних закономірностей, що зв’язу-чь коефіцієнти сполучення зусиль з впливаючими факторами, і розробки зучної для інженерних розрахунків методики нормування значень коефіці-чтів сполучення проведені дослідження на простому прикладі сполучення (’силь, що виникають в елементах конструкцій від дії декількох нормально озподілених випадкових навантажень. Сумарне внутрішнє зусилля в еле-енті конструкції має нормальний розподіл з математичним очікуванням та гандартом (8). Розрахункові значення навантажень та сумарного зусилля в іементі визначаються як квантилі нормального розподілу при одній і тій же ібезпеченості. Такий підхід цілком виключає методичні похибки при виз-іченні коефіцієнтів сполучення і дозволяє використати отримані результати ?и визначенні зусиль в конструкціях від дії постійних навантажень.

В результаті виконаного аналізу виявлено, що забезпеченість ззрахункових навантажень при її значеннях Р > 0,99 практично не впливає і значення коефіцієнтів сполучення. Встановлена орієнтовна залежність >ефіцієнтів сполучення від суми коефіцієнтів варіації діючих навантажень.

При визначенні коефіцієнта сполучення зусиль від снігового, трового і кранового навантажень, представлених у формі послідовностей іксимальних значень з розподілом Гумбеля, закон розподілу сумарного іугрішнього зусилля в елементі відрізняється від розподілу Гумбеля. Для 5Го апроксимації застосовується запропонований ВА.Пашинським і .Ф.Пічугіним закон розподілу з інтегральною функцією:

/Ч0) = (1-В)-Ф(?)+В-ехр

Ч^Ь577

(9)

; В = 0,8775-|4)| - ваговий коефіцієнт; Ф(д) - функція нормального роз->ділу; щ), SQ і - математичне очікування, стандарт і коефіцієнт асиметрії )■

При сполученні тимчасових навантажень, представлених у формі >слідовностєй місячних максимумів з дискретно-неперервним розподілом ), розподіл сумарного зусилля також повинен мати дискретну складову, а враховує частку нульових елементів. Для його опису пропонується такція розподілу, яка узагальнює (3) і (9):

р(?) = (1 - Со) + С0| (1- В) • Ф(д) + В - ехр - ехр

1,0,78 .S0

Щ> 4 '-0,577

(Ю)

Узагальнена частка ненульових значень С0 в загальному об’ємі елемені сполучуваних вибірок дорівнює:

l.Cu-sl-4

де С* - частка ненульових елементів в послідовності максимальних значеі к- ого навантаження.

Імовірність неперевищення сумарного внутрішнього зусилля в ея менті q протягом одного року визначається з урахуванням корельованос послідовностей місячних максимумів атмосферних навантажень:

де Fj - exp

ij) - узагальнений коефіцієнт кореляції; С0^ - узагальнена частка ненульові

значень в загальному об’ємі елементів сполучуваних вибірок за j-m місяи Bj і 0j - відповідно ваговий коефіцієнт і значення функції нормальної

розподілу дня /-го місяця. Розрахункове значення сумарного внутрішньої зусилля в елементі конструкції q обчислюється як корінь нелінійного рі няння (12) при заданій забезпеченості P(q).

При сполученні атмосферних і кранових навантажень, представл них вибірками максимумів різної періодичності Т{, інтервал вибірок макс мумів сумарного зусилля в конструктивному елементі г0 визначається ; формулою:

]■ (і

“0 і=1

Із (13) видно, що інтервал вибірки максимумів сумарного зусилля залежи від інтервалів вибірок максимумів навантажень та їх значимостей у скла

сумарного зусилля. Розрахункове значення сумарного внутрішнього зуси ля в елементі конструкції визначається розв'язком нелінійного рівняння:

P0(q)=P(qf6(1'0, (1

де PQ(q) - задана забезпеченість; Р(ф - імовірність неперевищення щук ного зусилля протягом періоду г0 (в годинах), визначеного за (13).

З використанням чотирьох запропонованих імовірнісних моделі навантажень визначені значення коефіцієнтів сполучення для всіх можливі комбінацій зусиль від снігового, вітрового і кранового навантажень : даними 60 метеостанцій при забезпеченості Р = 0,99. У всіх випадк

ілежності коефіцієнтів сполучення від часток окремих навантажень у складі 'марного зусилля мають однаковий характер. Межі зміни мінімальних іачень коефіцієнтів сполучення наведені в табл. 1.

Таблиця 1

Мінімальні значення коефіцієнтів сполучення

Періодичності Комбінації навантажень

вибірок максимумів Снігове і вітрове Снігове і кранове Вітрове і кранове Снігове, вітрове і кранове

Річні 0,77-0,83 0,96-0,97 0,96-0,97 0,77-0,83

Сезонні 0,71-0,80 0,95-0,97 0,95-0,97 0,71-0,80

Місячні 0,64-0,79 0,93-0,95 0,93-0,95 0,64-0,79

Різної періодичності 0,68-0,73 0,85-0,88 0,87-0,88 0,68-0,73

Отримані результати дозволяють зробити висновок про непридат-сть послідовностей річних і сезонних максимумів для обчислення коефіці-гхів сполучення внаслідок недостатнього відображення часової мінливості ■мосферних навантажень. Імовірнісна модель у вигляді послідовностей сячних максимумів цілком придатна для врахування сумісної дії атмос-:рних навантажень, але при сполученні атмосферних і кранових наван-жень дас дещо завищені значення коефіцієнтів сполучення внаслідок достатнього врахування частотної структури навантажень.

Найбільш точною і в той же час досить простою є імовірнісна здель послідовностей максимумів навантажень з періодичностями, які □сповідають частотній структурі тимчасових навантажень. Коефіцієнти олучення, обчислені з використанням цієї моделі, близькі до коефіцієнтів олучення, отриманих з використанням техніки випадкових процесів.

У четвертому розділі проаналізована територіальна нливіеть коефіцієнтів сполучення, викладена методика і результати їх >рмування, а також розроблена інженерна методика визначення часток ючих навантажень у складі сумарного внутрішнього зусилля.

Для дослідження територіальної мінливості обчислені коефіцієнти олучення зусиль від атмосферних навантажень, представлених послі-«ностями місячних максимумів та вибірками максимумів різної пе-здичності. За отриманими даними складені карти мінімальних значень іефіцієнтів сполучення для території України, на яких простежується деяке ільшення мінімальних значень коефіцієнтів сполучення в південних і хідних районах. Незначні відмінності коефіцієнтів сполучення атмос-рних навантажень в межах України вказують на недоцільність тери-ріального районування коефіцієнтів сполучення при їх нормуванні.

Нормування значень коефіцієнтів сполучення виконано за даниі 60 метеостанцій, розташованих на всій території України. Коефіцієн сполучення для кожної метеостанції визначені при поданні снігово навантаження послідовностями річних максимумів, віїрового - посліде ностями місячних максимумів, а кранового навантаження - узагальненні характеристиками трьохгодинних максимумів. Загальна для терито України залежність коефіцієнтів сполучення від часток діючих навантаже встановлена рівною верхній межі відповідних залежностей для окрем метеостанцій. Ця залежність описується степеневою функцією

Ч> = С}’405+ С^442 + С^931, (І

де Сд ,сл ,сл - відповідно частки снігового, вітрового і кранового нава тажснь у складі сумарного внутрішнього зусилля. Вираз (15) вибраний найбільш точний та зручний дня використання з п'яти проаналізовані Ссг функцій: степеневої, дробово-раці

нальної, квадратичної, кубічної показникової. З формули (15) ілюструючого її рис.2 видно, що к ефіцієнт сполучення зусиль ВІД і мосферних та кранових навант жень У залежить від часток діюч: тимчасових навантажень у склг сумарного внутрішнього зусиш змінюючись у межах від 0,74 до 1,( Частки тимчасових навант жень у склад сумарного внутрії нього зусилля, викликаного дії цих навантажень, визначаються застосуванням відповідних іраня Рис.2. Коефіцієнт сполучення атмосферних них нерівностей діючих норм прос і кранового навантажень. тування за формулою:

= (' де кі - коефіцієнт завантаження, рівний відношенню зусилля, викликано дією і-ого навантаження, до несучої здатності елемента будівель конструкції.

При невідомих геометричних характеристиках поперечних перері; конструктивних елементів, що характерно для стадії проектування, набл жені значення часток діючих навантажень визначаються за формулами:

а) для навантажень, які викликають прості види деформацій конструктивних елементах (розтяг, стиск, згин і тд.)

(17)

е - внутрішнє зусилля, яке виникає при відповідному виді деформації ід дії ітого навантаження;

б) для навантажень, які викликають позацентровнй стиск

: N1 і Мі- відповідно поздовжні сила і згинаючий момент від дії і-ого навантаження; кг і кф - коефіцієнти, які враховують матеріал, гнучкість і

форму поперечного перерізу розраховуваних елементів.

Після підбору поперечного перерізу конструктивного елемента їстки діючих навантажень уточнюються з використанням залежності (16), ісля чого визначається відповідний цим часткам коефіцієнт сполучення, сий і враховується при остаточній перевірці несучої здатності елемента.

У додатках наведені результати статистичної обробки дослід-іх параметрів навантажень і коефіцієнтів сполучення та результати пере-рки працездатності інженерної методики визначення часток навантажень.

1. Снігове і вітрове навантаження представлені математичними молями річних, сезонних і місячних максимумів. Для опису послідовностей сячних максимумів снігового навантаження рекомендується застосування іскретно-неперервного розподілу (3), який грунтується на розподілі і'мбеля, а в інших випадках застосування подвійного експоненціального кону (1).

2. Кранове навантаження представлене вибірками максимумів з >двійним експоненціальним розподілом (1). Імовірнісні характеристики >зподілу максимальних значень кранового навантаження отримані за оремою Крамера з відомих характеристик нормального стаціонарного іпадкового процесу кранового навантаження.

3. Для врахування сумісної дії атмосферних навантажень комендусться їх подання у формі послідовностей місячних максимумів або ібірок максимумів, періодичність яких визначається інтервалами кореляції іпадкових процесів відповідних навантажень. При цьому необхідно іаховувати корельованїсть послідовностей місячних максимумів снігового вантаження.

4. Коефіцієнти сполучення зусиль від атмосферних і кранових вантажень визначаються при описі снігового навантаження послідов-кггями річних максимумів, вітрового навантаження - послідовностями

(18)

висновки

місячних максимумів, кранового навантаження - вибірками трьохгодиш максимумів.

5. Значення коефіцієнтів сполучення атмосферних і краної навантажень залежать від кількості і імовірнісних властивостей врахо; ваних навантажень, а також їх значущості у складі сумарного розрах; кового зусилля. У випадку значної переваги одного із навантажі значення коефіцієнта сполучення наближається до одиниці, а г вирівнюванні часток враховуваних навантажень у складі сумарного зусш коефіцієнт сполучення наближається до мінімального значен Забезпеченість розрахункових навантажень більших за 0,99 практично впливає на значення коефіцієнтів сполучення.

6. Значення коефіцієнтів сполучення зусиль від атмосферних і вантажень у межах території України змінюються лише на 10%, що вка: на недоцільність територіального районування України за значення коефіцієнтів сполучення. Мінімальні значення коефіцієнтів сполучення, і відповідають найбільш сприятливим співвідношенням часток враховував навантажень, не перевищують 0,74.

7. Коефіцієнти сполучення рекомендується визначати за формулі (15) або за рис.2 в залежності від часток діючих навантажень в скл сумарного розрахункового зусилля в елементі конструкції. При проек ванні частки навантажень визначаються за формулами (17) і (18). Ост точну перевірку несучої здатності елемента конструкції потрібно виконувг Ь застосуванням коефіцієнта сполучення, отриманого за формулою (15) яку підставляються значення часток діючих навантажень, визначені із (16 використанням відповідних граничних нерівностей.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Фенко А.Г. Сравнительный анализ методов определения коэф<] циентов сочетания атмосферных и крановой нагрузок на карка одноэтажных производственных зданий І/ Проблеми теорії і практн залізобетону: Зб. наук. сг. - Полтава: Полг. ДТУ імені Юрія Кондратюка 1997. - С.450-454.

2. Фенко А.Г. Определение долей временных нагрузок при учете совместного действия II Коммунальное хозяйство городов: Респ. межві науч.-тех. сб. - К.: Техніка. - 1997. - С.65-67.

3. Пашинський ВА., Фенко О.Г. Визначення періодичності послідс ностей максимумів тимчасових навантажень при врахуванні їх спільної ді Коммунальное хозяйство городов: Респ. межвед. науч.-тех. сб. - К.: Технй

- 1997. - С .58-60.

4. Пашинский ВА., Фенко А.Г. Вычисление и анализ коэффициентов ючетания усилий от постоянных нагрузок на строительные конструкции // Эффективные строительные материалы и конструкции, используемые при юзведении зданий и сооружений: Сб. науч. тр. - К. - 1992. - С.36-43.

5. Пашинский ВА., Фенко А.Г. Вероятностное описание максималь-1ых значений снеговой нагрузки на строительные конструкции II Пути ювышения эффективности строительства: Сб. науч. тр. - К. -1993. - С.65-72.

6. Пашинский ВА., Фенко А.Г. Вычисление коэффициентов сочетания іагрузок, представленных в виде последовательностей максимальных начений // Усиление и реконструкция производственных зданий и сооружений, построенных в металле: Тезисы докл. 5-й Украинской научно-ехнической конференции по металлическим конструкциям. - К. - 1992. -137-38.

7. Пашинский ВА., Фенко А.Г. Сравнение правил учета сочетаний іагрузок // Тезисы доклад. 44 науч. конф. - 4.1. - Полтава: Полт. ИСИ. -992.-С. 162.

8. Фенко А.Г. Анализ вероятностных характеристик снеговой агрузки // Тези допов. 45 наук. конф. - 4.3. - Полтава: Полт.ІБІ. - 1993. -:.262.

9. Фенко О.Г, Імовірності моделі тимчасових навантажень при рахуванні їх спільної дії // Тези допов. 46 наук. конф. - 4.3. - Полтава: [олгіБІ.- 1994.-С.52.

10. Фенко О.Г., Сепетий О.В. Імовірнісний опис навантажень від остових кранів в формі послідовностей максимальних значень Н Тези опов. 46 наук. конф. - 4.3. - Полтава: ПолтЛБІ. - 1994. - С.53.

П. Фенко О.Г. Опис тимчасових навантажень при врахуванні їх тільної дії II Тези допов. 47 наук. конф. - 4.3. - Полтава; Полт.ІБІ. - 1995. -.106.

12. Фенко О.Г. Територіальна мінливість коефіцієнта поєднання гмосферних навантажень // Тези допов. 48 наук. конф. - 4.3. - Полтава: ОЛТ.ТУ.-1996.-С.95.

13. Фенко О.Г. Визначення часток тимчасових навантажень в складі хмарного зусилля при врахуванні їх спільної дії // Тези допов. 48 наук. >нф. - 43. - Полтава: Полт. ТУ. - 1996. - С.96.

АНОТАЦІЇ

Фенко О.Г. Сполучення зусиль при розрахунках будівельних кон-рукцій виробничих будівель. - Рукопис.

Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондраткж Полтава, 1998.

Дисертація присвячена розробці теоретично обгрунтованого та інфо маційно забезпеченого методу визначення коефіцієнта сполучення зусиль в атмосферних і кранових навантажень, а також нормуванню одержаних зн чень коефіцієнта сполучення. Атмосферні і кранові навантаження предста лені послідовностями максимальних значень з різними періодичносте» вибірок. Коефіцієнти сполучення визначені з умови рівнонадійно< конструктивних елементів, що сприймають різні комбінації навантажень узагальнені для усієї території України. При розрахунках конструкцій воі обчислюються в залежності від часток діючих тимчасових навантажень складі сумарного внутрішнього зусилля в елементі конструкції.

Ключові слова: коефіцієнт сполучення, тимчасові навантажень

закон розподілу, забезпеченість, імовірнісні моделі навантажень, вйо деформацій.

Фенко АТ. Сочетание усилий при расчете строительных конструкщ производственных зданий. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических на; по специальности 05.23.01. - Строительные конструкции, здания сооружения. - Полтавский государственный технический университет име1 Юрия Кондратюка, Полтава, 1998.

Диссертация посвящена разработке теоретически обоснованного информационно обеспеченного метода определения коэффициента сочет ния усилий от атмосферных и крановых нагрузок, а также нормирован» полученных значений коэффициента сочетания. Атмосферные и кранов! нагрузки представлены последовательностями максимальных значеш разной периодичности. Коэффициенты сочетания определены из услов; равнонадежности конструктивных элементов, воспринимающих разш комбинации нагрузок, и обобщены для всей территории Украины. П] расчетах конструкций они определяются в зависимости от долей действ ющих временных нагрузок в составе суммарного расчетного усилия, вс никающего в элементе конструкции.

Ключевые слова: коэффициент сочетания, временные нагрузки, закс распределения, обеспеченность, вероятностные модели нагрузок, виг деформаций.

Fenko Q.G. Efforts Combination when Calculating Building onstructions of Industrial Building. A manuscript.

A scientific thesis for a doctor’s degree of philosophy by speciality 5.23.01. - Building Constructions, Buildings and Structures. - Poltava State echnical University named after Yuri Kondratyuk, Poltava, 1998.

The scientific thesis is devoted to elaboration of theoretically grounded ad informationally provided method of determination of the efforts >mbination factor from atmospheric and crane loads as well as to rate setting ' got factor combinations values. The atmospheric and crane loads are presented by successions of values of different periodicity. The combination ctors are determined out of the condition of equal reliability of constructive ements taking different load combination, and they are summarized for the hole Ukrainian territoiy. While calculating the constructions the latters are :ing determined depending on the parts of acting temporal loads in imposition of summary calculation effort appearing in the construction :ment.

Key words: combination factor, temporal loads, distribution law, oviding, probable load models, kinds of deformation.

Підписано до друку 23.03.98. Зал. 72. ТКРНІ.-_Ш0.ДР. Ум?а. W>

Видавництво Поптаасьюзго держаного технічного університету імені Юрія Ковдратюка