автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Совершенствование конструктивной формы и оптимизация параметров пространственных перекрестно-стержневых систем покрытий зданий и сооружений

РГб Ой

Ш19

ЛРСТВЕННЫИ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

1 р0[ШВ 1905 ПЕТЕРБУРГСКИЙ

АЛЕКСАШКИН Евгений Никифорович

На правах рукописи

УДК 624.91

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ ФОРМЫ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПЕРЕКРЕСТНО-СТЕРЖНЕВЫХ СИСТЕМ ПОКРЫТИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Специальность 05.23.01 — строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1995

Работа выполнена в Петербургском государственном университете путей сообщения.

Научный руководитель —

кандидат технических наук, доцент М. П. ЗАБРОДИН

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Г. И. БЕЛЫЙ;

кандидат технических наук, профессор В. м. хомич

Ведущая организация — ГПИ и НИИ Аэропроект.

Защита состоится 8 февраля 1995 г. в 15 час 30 мин на заседании специализированного совета К 114.03.02 Петербургского государственного университета путей сообщения по адресу. 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9, а уд. 2-303."

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Университета.

Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отзыв по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9, ПГУПС, ученый совет, тел. 168-84-89.

Автореферат разослан « .» января 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент М. П. ЗАБРОДИН

Подписано к печати 27.12.94 г. Формат 60х84'/|б- Бумага для множ. апгс. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,12. Тираж 100 экз. Заказ № 1084.

Тип. ПГУПС. 190031, С.-Петербург, Московский пр., 9,

СЕЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАНОТЫ

Актуалькость теш. Прс&хеш яогкшшя эф^екхйзнооти капитального строительства б условиях кеоСход;1мости направления на его кухды огромных з мзсгтаОах страны материальных ресурсов приобретает особо ванный характер и становятся задачей стратегического гна-чеш:л.

Б его» счеред5, г^екттшкость капитальных мо.чений, зыделяемых кз реализация проектов вновь сооруязе;-»: зданий и сооружений, в частности, хелегнэдорс:-*.кого хозяйства, различат сооружений родного транспорта, оСцестзенкьх, гра^ансгаж и прсигйодс.твенних объектов гзрояортса . гражданской аэрации и других соору.чешгй транспорта, во многое гззкент от обоснованного применекет в нет современных прогрессивных конструктивных £срм покрытий, так как трудоемкость возведения покрытий, катр1й«р, проигведстзекккх зданий достигает 60т, . затрат труда кз монтак всего объекта.

"Одной из вау.ных текденцк"! з раззитпн отечественного строительства. является увеличение доли реконструкции, расширения, технического тгеревосруяекня и капитального ремонта объектов в сочетании с концентрацией ресурсов, капразляе'щх.дла решения-комплексных задач строительства.

'. Очегвдно, что - усйегоссть - реализации доставленных . проблем з значительной степени' зависит от змевдкея в налички специальных гф-■ фекгиншгх конструктивны? форм покрытий, гоэвазявдкх перекрывай», наряду'о типовыми, ■ пролеты -неукифицироаанкцх размеров, производить сборку и монтаж кокотрукц: л'в стесненных условиях застройки в сочетания с использованием передовых ?.:этсдоз организации строительного производства., .

Всесторонний анализ'условий возведения, реконструкция, рзспи-реккя, технического перевооружения, к капитального ремонта целого ряда объектов транспортного строительства йокагал целесообразность, а в некоторых случаях и необходимость,.применения для укаааннык. целей легких комбинированных простр-энстзенных систем ппренгельного типа с гибкой компоновочной схемой. ...

■ Предлсдекы новые- пространсгЕ-'-тагв ' перекрестно-ппренгелъиш конструкции (ШЕК)' покрытий гд?к::Л я.'бооруЬсений"^ удовлетворяющие текдекциям развития современного • строительства, что. обуславливает актуальность их исследования. .' ..

.Направленность"исследований согласуется, о рядом целевых комплексных щзог'рамм, а частности, с опрограммой О.Ц.031.055.16.Д.02

"РаераОотап ft е.чедрлгг иаъ&а прагрэссизкые ыега.ггигческ;:е конструкции с г.р'.мененнем сталей псььпкннсй, еысоког прочности, а такде коррогншга стойких сталей к эксксышных премией проката, включая конструкции массового пр;з.{«иккя, кгготаЕЛЛваль;? на (.:?хак;:г;:роЕзн-кш к автоматизированных поточных линиях, участках 1! установках, обеспечквзмщгх поЕЬЕекие производительности труда при изготовлении металлоконструкций на 15 ... 20 £ ь расчете на кв. п. здания к эта--Ношш стали на В ... 10V (К Г. P. 01840072554).

Проведанные г.ссдедоваппя быпк направлены таете на выполнение комплексного плана творческого содружества ь ОККИ ученых ВНИИЖТа, ЛИЖТа к работников Октябрьской кэдеаной sopors: в части соверсенс-твовашш строительных конструкций для объектов «эдезкздороккого транспорта "Рагработка к .внедрение легко; комбинированных конструкций при реконструкции, рассирен^г, технической переЕоорулении и капитальном ремонте объектов локсмот;:зного хозяйства" (N Г. Р. 01850023147). Кроме того, вилоднентша наследования согласуется с договором К 173-5Э/23 Лекаэропроекта с Департаментом воздушного трановорта N из проведение KIP "Разработка' новых экошдккьк конструктивных решений адангй и соорулен;:;: аэропортов Северного регг.ока РО с использованием л&ггак металлических конструкций к обоснованием развития региональных про/ЗЕодстюекных Саз".

Ilwan настоящей работы является разработка и ксследоЕание косых пространственных перекрестко-ипрекге.щкач^коксгрута^й. покрытий еданш и соорулекк;":, пр*дкаакаченгй.:х для использования при Еогг.еде-¡¡iiii, рогаксгрутеа!, раокренш:, техническом перевооружении к капитальном ремонте объектов А-злегкодоролкаго, ' водного к ашгаакоккого транспорта, ь том «ак&э с еОмк^иазнкровочвкма параметрами,' отдк-Чаэдиыися о г уни$!:цкроЕанких, а таю» разработка на основе исследований практическ;:.«:- 'рс-шмеидкай по раадкэнзлъкзиу проектированию предлсхбиных нюсгрукггишх

Научная новизна: -

1. На озиоь&нии азазхза досижсге к насостгткзв ряда игв#ст-uux прсстракота-гкьак первкрмгйо-суорлке-иж скотем покрытий ааы»-' ни пути их coBGpceHCTCoianM, срэдгадош и разработали новые коне-«рукткашо tspuu пскрытиЗ asamii в, ссэрудений, обеспечивает!* практически подкое испольгованпг г.:су;::-:", способности состаадяетк их ст*р*»«£лс азгдоптоз, в чаеп:ос?к, за счет соответствующего кйсра очэртая» осой о&телек s Copwa i^jjicu?:. содоОке: очертаниям кринсс гааюнпй. IIoe'jc- «ш:ч-:-ск:а* гаасукы езторазмг еввде-

телютьагз! ::а нзоЗрзтсиг.з.

2. Разработана методика определения приведенных изгибньи хост-костей перекрести!« .трейгеяьКсК ферм, входящих з состав системы покрытия.

3. Разработала методика оценки влияния упругой податливости контурных элементов на нгпряженнодеформированксе состояние перек-рестно-ипренгельных систем..

4. Злервые получена результаты, экспериментальных исследований натурной пространственной перекрестно-шпренгельной конструкции покрытия площадью около 423 к2.

5. Предложена методика оптимизационного расчета перекрест-ко-Ешренгелъкой конструкции с использованием обобщенного критерия -Приведенной . стоимости я на ее основе получены оптимальные .значения высоты покрытия, пата перекрестных элементов и величин, усилий предварительного напрядения затяк-эк. • _ ' ■

Практически ценность работы. Исследования и разработки, выполненные в рамках настоящей работы, дач? возможность использовать в строительной практике новые эффективные конструктивные формы ..а виде пространственных пер'екреотно-шпреягельньк Слеша покрытий, применение'которых позволит получить экояошго металла по сравнение о типовыми юяструквдава до' 25Х- ... 40". при одновременном .уменьшении трудоемкости изготовления и моктлка. ..'

Еря непосредственном участки автора разработано "Руководство по проектирования прагтражкгвеязьк • перёкреотно-впренгеаных конс-трукцяй -покрытий эданиЗ и сосррйЕкй", пряного» даа 'использования в проектной-.практике института«! "Лгкхелдорпроеет" я."Лёнаэропроекг".

Разработанная в днсс- ртгцш мзтрДЕйз' расчета Сада использована при проектирование ряда ебгзкгоз келс-гнодорсжого хозяйства на Октябрьской нелегкой дорога. . .. • ' . -•

Апробаиия.- оснсввые' иэзеяепкя'и результаты диссертационной работы доложены: .на-четвертей-УйрайокоЗ ресяубяяаенсюй научно-технической- конференции по - кетаетяоасм конструкциям а. октябре 1588 г.; на межрегиональной, ¡шучш-те.чшкесксй конференции по пространственным конструкциям з г-, саердязяскэ в ноябре 1539 г.; ■ на научно-практической кскфзрэ^пзз! о. иагздуйародаым участием, состоявшейся 2-3 ноября 1894г. в ПГУГОе,-а тагсш на научло-тэхгопеских семинарах, про'зодккьи кафедрой "Стрептельшэ конструкции" ПГУПСа.

Публикации. По теме диссэрг.-.'да ояубяяозшо 14 печатных работ,- в том" числе получено б авторских свидетельств га изобретение.

Объем работы. Диссертация состоит-из введения, пяти разделов, основных еыводоз, списка литерзтургая источников из 197 наименова-

иий, в том числе 1S5 на русском языке, и 5 приложений; содержит 252 страницы ызнкнопиского текота, 12 таблиц, 40 рисунков.

На азиату выносятся:

- новые эффективные конструктивные решения пространственных перекрестно-ипренгельиых конструкций покрытий здании и сооружений;

- методика расчета перекрестно-Епрекгедьных систем, в том числе с учетом упругой податливости опорного контура;

- методика и результаты численного анализа напряженно-деформированного состояния пространственных перекрестно-апренгельних систем при различных условиях опирания на контуре;

- результаты экспериментальных исследовании натурного перек-рестно-шпренгельного блока покрытия;

- методика оптимизационного расчета предложенных пространственных систем на основе обобщенного критерия - приведенной стоимости;

- рекомендации по проектирования пространственных перекрест-ио-шпренгельных конструкций покрытий аданий и сооружений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность и формулируются задачи исследования. Приводится аннотация работы,

В первом разделе приводится анализ различных конструктивных резений покрытий аданий и сооружений, свидетельствующий о тем, что наиболее перспективными ко и»;'являются пространственные перекрест-но-стерниевые системы, позволяющее Еести сборку и моита* крупными блоками и обеспечкЕзажие высокуа наделиость эксплуатации сооружений.

В напей стране и ва рубежом широкое распространение получили пространственные, системы в виде перекрестных балок или ферм и структуры. Больсой вклад в разработку тш^к конструкций, з .также методов «X расчета, внесли Г.Н.Бегун, И.Г.Бубнов, Е.С.Гребень, В.А.Игнатьев, A.A.Курдюмов, И.Е.лиасшц,' Л.Н.Лубо, Н.П.Мельников, М.Ш.Минцковский, Б.А.Миролков, К.К.Муханов, П.О.Папковкч, А.Р.Ржа-ниция, С.В.Сииеонов, А.ö.Смирнов, Б.А.Сперанский, С.П.Ткмояекко,

В.К.Трофимов, В.К.ФайбиЕенко, А.П.Филин, Р.И.Хкоамоз, К.А.Шзрзпан и др.

Одна)», серийно выпускаемые и пирога применяемые перекрест-но-стердневаэ системы jiokputüis в виде плит регулярной стермиг-вой структуры, обладая по сравнению с плоскими конструкциями многими

преимуществами, з то же время ¡wear i! ряд существенных недостатков таек, как: недоиспользование несущей способности стерляевых элементов, обусловленное несовпадением форм очертаний кривых давлений с конфигурациями поясов, а такке несоответствием регулярно»"! системы раскосов эпюра/ поперечных сил; насыщенность систем стержневыми элементами и необходимость объединения в каждом иэ промежуточных узлов от 5 до 9 стержней; значительная материалоемкость и трудоемкость узловых соединений; екдаекие эффективности в покрытиях средних и, особенно, матых пролетоа и др.

Поиск новых Солее экономичных по расходу стали, трудоемкости изготовления и моятачз конструктивных репений привел к создании пространственны?: перекреетно-Епренгельных конструкций /ПшИ/ (см.

. Ряс.1. Простраксгзеняая лерэяростяо-лшрэягельяая конструкция покрытия по а.с. .4 747958 I - балки-распорки; 2 - стойки ипронгвлэЯ; 3 - направлявцив; 4 - затя&ки; 5 - натяйше устройства; б - настил

ипренгедьнкх ферм переменной вып^гн и аклпчаицик в свой состав жесткие балки-распорки, стойки шренгелей и гибкие затяжки, снабжений устройствами, позволяющими осуществлять их . предварительное нзтяж-ние. Очертания осей ватяжек шпренгельных ферм обоих направле-

рпс.1), представляющих собой систему ортогонально пересекающихся

кий назначаются подобными формам эгаор иэгибзагадх моментов в системе перекрестных балск <5еа затяжек, чем реализуется принцип соответствия форм очертания поясов конфигурациям кривых давлений, ис-полггуекый с целью повышения эффективности системы в части ее статической работы.

Для зданий с удлиненным 'пряноуголаным маком целесообразно членить покрытие ка ряд отдельных ППШ блоков с соотношением сторон в каждом иэ шя, не превьшзовдм 1.5 ... 2.0, снабженных в местах рассечения покрытия контурными элемента;.«, выполненными, например, по типу рядовых ЕПренгельних фери. Как частный случай!, возможно опиракке ПЛИ блоков тачай конструкции нз четыре угловые точки. Еоэ-мсгшы другие варианты опкракия. Предложены модификации ПШ систем, защищенные авторскими свидетельствам: на изобретения. К преимущества;.! ППШК мсшго отнести: ■ - выравнивание продольных 'усилий во всех поясных элементах шпреигелышх ферм вследствие.' рационального выбора очертаний их поясов } ', -

г как следствие,-• вогыоккость нажшпяькой унификации стержневых и узловых элементов систеш; .

- отсутствие раскооов,в системе р&аетки; ■ - сспутствувдая простота и отиосительнониЕкгл материалоемкость конструкции уаловык сойргшшш;

;.- возможность применения для ватнжок высокопрочных сталей, а для Салок-распорок - "аффекптних вгккнутьк профилей и др. ;

.. Эффективность 1ЕЕК иокег 'Сыть с'/г.гстсонко повызека посредством их предварительного »¡аарякешя. С^оёть'-'юшй шувд а 'разработку теория и практику пршвимша Ерэдеар;ггйд>ио напряженных металлических конструкций внесли: са рубиш'- -Г.Кыаель,-' Д.Ядерт,, С.Д«енкино, О.Дешшгер,' П.ОсрсНч;^, - Ц.Тск;ч«: и ар.ь России и странах СНГ-Е.М'.Бехеня,в.В;Бираггв,- -0.В.Гадз?оз, М.М.КерСш,

м. Н.Лаценет, К.П.МШ>Ш536, .ЁХСоерзаий, В.В.Трофимович к др.

'ЦелосооСрааиссгь пратвеяр_ к^дзадгягоамюго -напражваш в ПШК обуславливается Е$г«зжкоеты) «акакрз&кннаго рогуларования усилий в элементах систем.с иэаэ'кзцзяшзди ивс^ггагййЦис-моиенгоа,-воэвикаязях' а ш»|»«гт..сачо1аш «асивщ -' стернкей конструкции. ■

Одно ка накЗаив .оёроккгдаию; -дезр&влвш£ повы^екгл вф&вкгкв-кости првдваротеяйю. шшракгшак- ШЖ'сшиш .о рзаенкем гздач оп-'?кмнЬгзд:ошк>г6 ¿деоекпгрэ&фш. -Пркзадц'ггся ■ краткий обзор и -ваза» РабОТ. 'ЯОС8Я5;е»ЯйВС ОЯТШИОЕЦ-.УЭШЦй! исслс-дрЕап'.аи. Отыечаатся оско-ьопэлигх^о эньчем-.э рсйот К.И.РсДиноьгчз б реакции обратных задач

строительной механики, а также исследований А.И.Виноградова, Л.Н.Воробьева, Ю.А.Рздцига, А.Р.Ржанкщтаа, Ф.И.Сиосарегича, А.О.Смирнова, К.М.Хуберянз и др. Большой вклад в разработку и развитие этого направления внесли работы Н.И.Абрамова, А.Ш.Арсланова, А.И.Богатырева,А.А.Васильева, В.М.Вахуркина, З.М.Васильева,

С.Н.Клепикова, А.Н.Колупаевз, Я.И.Олькова, В.Н.Шимаювского и др.

Основными задачами исследования пзляштся:

1. Разработка элективных конструктивных форм покрытий перек-рестно-спренгельного типа о модификациями, позволяющими применять такие систем при различных условиях эксплуатацш.

2. Проведение теоретических исследований напряженно-деформированного состояния ПГ21К при различных соотношениях их основных параметров.

3. -Проведение экспериментальных исследований.

4. Разработка методики реяения. оптимизационной задачи о использованием в качестве критериальной'-функцш! приведенной стоимости.

5. Разработка .практических рекомендаций по проеетпровашю предложенных конструктивных форм.

6. Определение технико-экономических показателей новой конструкции. . •

, Во второй'разделе анализируются возможности применения различных методов для расчета ПШК и исследования их напряженно- деформированного состояния. Оцекиваэтся последствия принятия ряда гипотез и допущений при назначении ссотЕетстзуждах расчетных схем и иатема-ткчесгах ('.одолей.

Показано, что применение клагс.гсесгагЬ метода сил возможно, однако решение суг^стзенш услатаяетсл в случаях наличия в составе ПШ блокса одной или несгильгак податливых контурных диафрагм аниду необходимое«! учета :г>: слияния па перераспределение усилий меяду олсментз)!!! снстсми.

Последовали, проведепгаэ М.П.Забродктм, покаэаяп целесообразность применениядля целей расчета предложенных конструкций метода конечных разностей.

Для ППШ систем из неподатливом опорном контуре после приведения нагрузок к узлов»! мояио осуществить переход к конечно-разностной форме записи

Е-Л

.+2,3

4),

+6

Е-Л* + ----

• 4.3+1 +в ' 4.3 ~4 " 4,3-1 +4, з-2

)

2 (Ю • ^ К,з

р

г к,з

7(х) „ 4+1,з *

7(х) -к, 3

+ г,

сю

{1-1, з

гн-п-1

.. —

/

(к).' к (к) 1, к. н +

т (У) 6к, з+1

+-----+--------

+ г,

—..

Су)

•к, з-1

1»! и+Ь-1

/__

м

и се) . г Се)

пи а

з

(1)

где - нзгкбныэ жеоткоогл бадок-рзспореи соответствуй?«

направлений; - шаги поясшл эктоз; • и - прогиби в узлах

, (у)

г^.ь - высоте Еареигелыих фэры в произвольном узле

системи; Ща

(к,г); Н3-/13- ордината хгетй вжшша'усилий в затяжках.впреп-

гедышх ферм; гРк,'!* - ссогаздякцгй уего&ай нагрузки Р^д,

распределяем:! между пь-ресе.нгзодкьа:?.1!

угла (к.з)

2 Ск) р к.з

см

-.00, р . й{8) - _ ,.00 г . р

элементами

(г)

т ¿; з - коэффициент парораспределения узлогоГ: кггр-угкл,. зависящий от условий огофаниа ..парвкреогщ« алемгякуа на ¡¡Ектура, координат рассматривав*»!® уеаа к соотвгшнай шийкис г^егюсяей перекрецкза-ичйхся шпрентельньк фера.

Наличка податливого коетурз оказывает сдеотвенноа ■■ влияние на напряженно-деформированное состояние ШШК. В 'сзучзэ, . если заданная местность контурных элементов окаяетоа . Башкекной,. то следствием этого может Сыть неудовлетворительна: больсзя дгформатквкость Есей систем. И .напротив, при аазыгенаой яеотксств /контурных элементов будет иметь место перерасход штерипл.п нз эти элементы без достаточной компенсации в чести уменьвенкя прогибов конструкции. •

Отмеченное подчеркивает актуальность исследования вопросов, связанных с определением рациональных соотношений яесткостей элементов рассматриваемых конструкций.

- 8 -

X

Для анализа степени влияния податливости спорного контура ка напряженно-деформированное состояние ППН1 систем при рззличкых соотношениях их осноекыХ парзмэтров оказалось удобным представление таких систем а виде балочных ростверков, т&вврх эквивалентные исходной системе приведенное жесткостные характеристики. Указанное соответствие мохет быть достигнуто в случае выполнения, по крайней мере, условия равенства•наибольших.прогибов! исходной и заменяющей систем. Последнее может быть обеспечено подбором соответствующих значений приведенных изгибных местностей перекрестных элементов.

Предложена методика определения приведенных изгибных жеоткостей шпренгельных ферм, в соответствии с которой искомый приведенный момент инерции выражается формулой

Здесь af- отношение высоты ппренгельной фермы в осях поясов h к стрелке квадратной параболы f , в которуя вписано ломаное очертание оси затяжки;

V V • "В' Аз

кд»-—--------- , (4)

ДБ ПЕ з

где д5 , А3 - плоэддя поперечных- оечэнкй поясов; гэ- отношение длины затяжки к пролету фе-ркси; rig- от'нопение модулей упругости материалов затяжки и балки-р^спорки; kf3) - ■ поправочный коэффициент,

О)

вводимый с цельо компенсагрл погрешностей п величинах продольных усилий в'затпкке, гмегщих «сто в результате, в пер в'/а очередь, несовпадения кривой дапления ■ при прилоквппи к ппренгельной системе единичной силы Р. » t и принятой кривогаяейпой формой очертания аа-тяжкя.

Получены.записи-гасти, дакзе еозмокноотъ выракать прогиби законтурных точек через прогиби действительных узловых точек система при люб!« углсэгля се cnvp.T-;n из ктагур-з.

С цельп сдодоягсг яаазгояоа ■ рэдаоиздьикх соотношений хест-гэсяшх nspüM-этроз перекрестных гмекэагоа систем варьировались оле-дуга"!,и? гкач«а*я относятеяьшк гсгзффяцаентоп

G0' Jc3.Q <V г a0' Jd.O

„ T£<0. —----- - у ; —----- . Mj

- о -

} {о)

Е0' 30 я3 Е-!' .13 . х3 Е0-

----; ' - «1,0 ;-----г ' —з" «1.} ! -----411 .

где Ео'Лй,о» Ео^о " приведенное жесткости контурных элементов при кручении и изгибе соответственно; Бг^аь ¡, £1^1,

Е^•- то же для рядовых шпренгельных ферм. На рис.2 приводятся некоторые результаты численного анализа.

Во всех рассмотренных случаях наиболее целесообразно проектировать блоки близкие по 'конфигурации в плене к квадрату.' В блоках с одной контурной диафрагмой целесообразно пршоасть соотношение 713 ) 2 ... 2.5, а в блоках с двумя параллельными всшурнь&сн диафрагмами - т^ > 2 ... 3.6 . В'.блоках на .квадратном' плане, опирающихся на четыре углоЕие 'точки, рациональное ссотнозекие п3 >5 и р (Е1'Ло, о) >4. Рациональные соотнесения изгибных

десткостей рядоьых ферм 1 < 1 С 1.4.

Третий раздел посвящен экспериментальным исследованиям предлагаемых ШШК. Необходимость опытной проверки поведения последуемых конструкций под нагрузкой была, в частности, обусловлена.практические применением ШШК в проектах ряда объектов транспортного строительства, когда полученные теоретические результаты требовали экспериментального подтверждения. Ранее. работа ШПГ систем экспериментально изучалась Ы.П.Забродиным и Х.А.ОнтенсоЕООМ на крупногабаритных моделях размерами в плане 6*7.2 и, высотой 0.3 м с ячейкой поясной сетки 1*1.2 м. Результаты испытании учитывались при планировании настоящих экспериментальных исследовании.

Для испытаний был Еыбран натурный ПШ2 блок, •'предназначенный для уотановки в качестве несудей конструкции покрытия реконструируемого тендерного цеха локомотивного депо ст. Осташков ОКБД площадью в плане ~ 425 м"2.-

Блок с плазом в форме усеченного сегмента размерами 22.8м и 17м по ширине и 21.2м по длине покрытия о наибольшей высотой 1.8м скомпонован из 12-ти ортогональных шпренгель-ных ферм о патом поясной сетки 2*3м (за исключением участков в пределах контурных панелей) . '

Испытания были проведены на территории сборочной площадки в непосредственной близости от здания цеха с использованием временно-

. п р

3(1:1) ^=10

Р11С.2.

12 ^ о о А"

Графики зависимостей • отпосктелышх каясюгалышх прогибов

узловых точек систсглы от соотяозаяиЗ язгабиих нзсткостеЯ

контурных и рядовых пшргнгэльиых ферм ■

I - блок с одним контурным злэмгхгг!; 2 - блей с двумя контурными

элементам!; 3 - блок с четнргмя пэптуркыьз! элементами

/ 1п" / \ з? -''назйольсйЯ пгогкб плоской шг.ренггльно2 $ерлы И* «ах » ^

«ах

и ППШ блока соответственно

го опорного контура, состоящего иг стальных трубчатнх стоек с базами и оголовками, а также сьязевьгх элементов.

Величина испытательной нагрузки на последней ступени аагруже-ния доводилась.до - 0.95 величины нормативной нагрузки на покрытие, вычисленной без учета собственной массы элементов ППШ блока.

Проведенные испытания . показали.работоспособность,, достаточную несущую способность и жесткость конструкции нового типа. . Подтверждена надежность работы отдельных узлов и элементов ПШ1 системы.

Испытания натурной конструкции позволили получить количествен--ные оценки параметров ее напряженно-деформированного состояния. Эксперимент показал, что в диапазоне испытательных нагрузок исследуемая конструкция может рассматриваться как линейно деформированная система.

Результаты испытаний подтверждают правильность основных расчетных предпосылок и удовлетворительно согласуются, . с теоретическими' данными. Расхождения между изиерёнкими и вычисленными усилиями в затямкзх для ипренгельнах. ферм составили': 4.1... К. IX. Отклонения экспериментальных значений нормальных напряжений в балках-распорках от теоретических составили 9.5...16.IX и £.2. ..11.87. для-ипренгель-ных ферм соответственно вродоаыа« и поперечных' направлений. Измеренные прогибы системы в e«s узssz отлкчазтсп. от ' теоретических в среднем на 5...7.5S в sanas кзсткгстк. -

Обследовагае. соасскшя стерквеш«' к 'угакж элементов ППЩХ .в процессе ксеттааий, ' а -таш» Боазе tsc ваберзеила не выявило какчх-либо неиорыаяьиостой; б к-: работе под кггруекай либо приобретенных в процесса испатаакй йзкотрУкпацадс ко$гкгоа.

В четверток рг.зг&лз па ossassass cususa оцзиизаогся целесообразность испольеоьатш а иачзстй?. крктзрлл акоаоншескай эффектна- -ности шнкмуиа npisc^Giutus caspa?, «at uwßociö укиьерс&зьиого экономического показахмя. '

Структурная íopiy&a адхзездазой ctcäoctk вродотаалеиа.в виде

п.- Со и + С;; *■ См f.C'rp + Э * Е;:'К +■ Иэ + Сог +- (0о + Са) , (6)

где Со« - етокизвть' осй:зкаа иамрнзгов} C;I - otoí&socts изготовления; С« - стоимость taarsÄi»; psüorj Сур - .стоимость транспортировки кднструкцдм; 3'- бкоплуатйц;£за:и:5 затраты, сакгаакы* с ремонтом и перкодячеоз&ш ссштрамк кскстр^чааЛ, приседенниэ к году строитедгстьа;" Би - кзр&шхвгшй кзг£ф«1ц*вт о^филшиости Капигыышх

- 12 -

влсдений; К - размеры капитальных вложении в базу по производству материалов и конструкций; По - потери прибыли за счет остановки производства из участке реконструкции; Сог - стоимость стенового ограждения; (CQ + Св) - стоимость отопления и вентиляции.

Еходяв?1е а выражение (б) величины могут быть представлены в функции массы блока G и его основных параметров h, и Лу.

S рамках ресения поставленной задачи с цельи получения напря-хеяно-деформирозанного состояния ШШК, соответствующего наиболее рационально!.^' распределении материала между ее гибкими и жесткими стерхнезыми элементами, резалась задача минимизации местных изгибаю-Eiix моментов в расчетных сечениях кесткпх стержневых элементов посредство.". введения сил предварительного напряжения з затяжки системы.

Принимая следувцие сбоэп&чеиня, • напргкер, для стержневых элементов i -го направления.

Ll^i.t.LUlJiii. .

К 1 Mi! . V» .1 -V

(?)

кскно представить массу 1 -го элемента Салка-распсрки э виде двучленной формулы '•,'.,'•'-.'''

- а( * Ь! • 21 ,(3)

т.е. в форме, яоззалзг^зй примели» »«яод ееркалышх функций Ю.А.Редцига для шшагасэуч изсса.;

. В (7) Мд, 1 - зогкчяаа кзпйггзя мсайатез в' рассматриваемых расчетных поперечлнкх ссчояих: от нагрузки,. г^псленные в основной системе; ы^ - то «э, вачйояоннцэ дга.едшязас состояний при X - 1», р< - ядровые .расстояния раечэяпсс пспэречяя сечений; г0 - коэф-фицаент условий работ; тп - яосйацз«« зэяекноогя.- по яазя&чени»; У в. Г конструй5ив8нв-'^юэф|га5!вага длз-багюя^расЕсрок} 11 - длина участка (элемента). баЬй!-распорки, - -.в пределах которого определено, полсяение расчетного,поперечного ¿пэкая; 'с^ - • , коэффициент, учитывая^- ту доли? расчетного сопрог.я;хг:ш-материала, которая резервируется для восприятия иеотвдс изгаШзциз? номентоа, появлявшихся 'в поперечных сечениях балск-распоро;*; г - плогнсси стали, В (8) 21 -искомое усилие предварительного напряжения в затякках опернгельньк ферм 1-х направлений.

После чего определяются пдопйДИ поперечных сечений балок-распорок и эатяжек? а также соотаечеггуащрЯ масса материала, которую необходимо затратить на изготовление блока покрытия,' выраженная, в частности, через высоту блока в его центре

В » (В +■ Ь2- С ) , (9)

п

где В, С - величины," зависящие от параметров ПГЕК и силовых факторов в Н-м и Н/мг соответственно.

Тогда выражение (б) прибег вид

П - • (1-1- Ъ2'С)'Я + ЁГ -Г" (В + Ь2"С) +

Ь 1-1 п

Л-~—гг-

+ ' (В + Ьк-с) • И * 1гЛ + С-Лк'^у + Н,

(10)

где Д,Е,М,Л,С,Н - постоянные величины, получаемые после группировки компонентов в выражении приведенной стоимости. В (10) приведенная стоимость выракена.через оптимизируемый параметр Ь.

Проведя некоторые преобразования, мшшо шраэить массу блока в функции размеров ячеек поясной сетки, а приведенная стоимость в этом случае, в частности, при » -у ~ 'А> 'ыогиет бить представлена в Еиде

п - • сёх + • д +Д1е1 * •(&! *. +

А 1«1 А

+ ' СВа + А3-С1> < К ^ С"*2 + Ь-Л + К, (11)

где Вх,. С1 - Ёеамкка;' аашздз» от .геоиэздягсзсюк параметров системы в К м и н/м2-соответственно.-

Поиск глобашшго ■ епянг/ад >даеркалькой функции осуществлен методом координатного спуска.

В рамках • процесса, фзрьа^озшкз .ограшкенгд; целевой функции, в частности, ограничений,' свзвгшц«' о с5гсг»чекяем .раочетньос требований первой ц второй , групп сред(ш>й»£ разработана методика определения «зиющько ладустайК. кшенгй" ■ аасвдей поперечных бечений верхюк.и шишж излсов ШЗ Сйохгы» погвоздЕЗЗЯ, в частности, сократить кошифэтео взобходаих сгржаиеЕкй без потер-.: качества -при ревгнш оиимг&адэзязй сэдэси '.'; ■•

Ан&ая волучеквих-даиигс'пошагал с&ркуязцягзть ряд' 'прагта-чосскж рекскгздзцпй ш> -прадаарл1ел«о:.г/ изздоюша» основных пара- '14 -

метров ЩЕК. Так, - например, в диапазоне расчетных нагрузок 2,..Б к.Ч/м2 рационально принимать высоту 1Ш блоков в пределах 1/12... 1/8 пе-ргкрызаемого пролета, при этом ыеньзпе из указанных величин соответствуют меныгим значениям нагрузок, а такие блокам без контурных элементов. Приводятся рекомендаций г.о назначению других параметров исследуемых систем.

Пятый раздел посвящен вопросам, связанным с применением предложенные ППШК в практике строительства.

На основании всестороннего анализа номенклатуры транспортных здании и сооружений, разработанных "Ленгипротраксом" и "Леназропро-ектом", делается обоснованный вывод о.эффективности использоваши в покрытиях многих транспортных объектов ППШ систем.

Отмечается приоритетная' роль института "Ленжелдорпроект" (главный конструктор А.В.Пзутов) во внедрении ППШК в практику строительства. Показано, что ППЕХ обладают* гибкой компоновочной схемой и пригодны для применения как на типовых пролетах и планах, так и на пролетах с неунифщкрованкшя! размерами и нестандартной конфигурацией плача..

Разработаны проектные предложения'уни$;щировачных П1Ш блоков, Позволязде перекрывать пролети, зданий и сооружений в диапазоне 12.. .25м. . ■

■. Практикой строительства подтверждена возможность изготовления ППШК. на заводэс - металлических конструкхей с последующей сборкой в построечных условиях, а такхэ гозмажгоегь изготовления их собственными силами местных сгрогягельных содрззделешга.

Выполнен' сравнительный ачалиэ техгшга-экономических показателей'реалигованны?:. проектных решений новых • 'ППЕК: и несущи систем Покрытий типового или массового применения, результаты которого позволяют сделать вывод- о зысокой экономической эффективности предлагаемой конструктивно;"!' <$ормы. •.. • ; -

Приведет п'рзкткчесшга ■ рекомендации по расчету и конструирования ППШ систем покрытий, которые позволяют адаптировать предлагаемые коиструкцга! !: совргмен:пл! условиям проектирования строительных И'этадлическкх" гагздтрукщЛ. . На ооксваш* исследований разработано "Руководство по проект!фовашз пространственных перекрестно-шпрек-гольнах конструкций покрытий зданий н сооружений", принятое для использования в проектной практик«' шгетитутамп "Лекхелдорпроект" и "Леказропроект".'

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Проведенные исследования погеазывалг, что подучкааиэ широкое распространение в нашей стране и ва руСелом пространственные конструкции покрытий типа перекрестных ферм и структурных плит, обладая многими преимуществами по сравнении с конструктивными ресенилмц покрытий из плоских ферм, часто уступают последним по расходу металла, трудоемкости изготовления и стоимости.

2. В диссертационной работе предложены новые пространственные перекрестно-шпренгельные конструкции покрытий, которые защищены рядом авторских свидетельств на изобретения. Предложенные конструктивные решения выгодно отличаются от известных плит регулярной стержневой структуры меньшим количеством стержневых элементов, более простой конструкцией узлов, пониженным расходом стали, меньшей трудоемкостью изготовления, сборки, а также меньвей стоимостью.

3. С использованием метода конечных разностей проведен анализ напряженно-деформированного. состояния пространственных перекрестно- ппренгельных систем с упруго-податливыми.контурными элементами. Сформулированы рекомендации по выбору рациональных соотношении приведенных изгибньк жесткостей рядовых шпренгелъных ферм вваимопер-пендикулярных направлений и контурных элементов пространственных перекрестно-ппренгельных блоков.

4. Экспериментальные исследования натурного пространственного пере1фестно-пшрзнгельного блока покрытия'показали, что в пределах упругой стадш работы материала балок-распорок, и затяжек исследуе-г мая конструкция может рассматриваться . кзк линейно-деформируемая система. Полученные экспериментально значения напряжений в балках-распорках, усилий в затяжках, а также прогибов в узловых точках конструкции удовлетворительно согласуется о соответствующими величинами, вычисленными теоретически, что подтверждает корректность гипотез, положенных в основу расчета.

5. Разработан алгоритм оптимизации основных параметров пространственной перекрестно-ппренгелыюл системы покрытий, в котором в качестве обобщенного критерия цели принята величина пргаеденных затрат, сформулирована система ограничении целевой функции с представлением ряда из них в форме зависимостей, непосредственно связанных с основными варьируемыми параметра.« оптимизационной задачи.

6. Алгоритм оптимизации пространственной перекрестно-впрен-гельной системы реалигован, что позволило выявить оптимальные величины усилий предварительного напряжения конструкции натяжением зэ-

- 16 -

тя>:ек, а также значения высот пространственных перекрестно-спрен-гельных блоков и аагз перекрестных ппренгелышх ферм.

7. Рзгработаны проектные предложения унифицированных пространственных перекрестко-впрентельных блоков покрытий, позволяющие перекрывзть г.ролеты зданий и сооружений в диапазоне 12...36м при соотношениях сторон"блоков в плане от 0.67:1 до 1.5:1 для эквивалентных нагрузок 2.0 ... 5.0 кН/иг при относительных высотах блоков в пределах 1/10 ... 1/12 перекрываемого пролета для различных условий отирания кз контуре. Проведен технико-экономический анализ и определен перечень транспортных зданий и сооружений, для которых целесообразно применение пространствеиных переирестно-шпренгельных конструкций.

8. Разработано "Руководство по проектирования пространственных перекрестко-ппренгельных конструкций покрытий зданий и сооружений" (М Г.Р. 01850023147), принятое для использования в проектной практике институтом "Ленхелдорпроект", а также, в чзоти унифицированных размеров пролетов, институтом "Деназропроект".

9. Практическое применение пространственные перекрестно-ипрен-гельные конструкции наали в ряде проектов зданий и сооружений на Октябрьсгсой железной дороге, разработанных институтом "Ленжелдор-проект", многие из гаторых к настоящему времени реализованы. Опыт внедрения пространственных перекрестно-шпренгельнкх конструкций з практик строительства подтвердил кх. высокуп технико-экономическую эффективность.

Основные положения диссертации опубликованы в следущих работах:

1. Забродин М.П., Алексаакин E.H. К оценке влияния упругой податливости опорного ¡{онтура на напрякенно-деформироваиное состояние перекрестно-алренгельной системы покрытий // Строительство и архитектура. - 1988, -Н 4. - С.111-115. (йзв.вузов).

2. Забродин М.П., Ллексаисии: E.H. Напряженно-деформированное состояние . перекрестно-впреигельной пространственной системы noitpu-■ тий о учетом влияния упругой податливости опорного контура // мея-вуэ. темзтич. сб. тр. - Л.: ЛИСИ, 1988. - С. 87-93.

3. Забродин М.П., Ллекоанкин E.H. Совершенствование конструктивной формы пространственных перекрестно-ипренгельных систем с оптимизацией -их параметров // Состояние, перспективы развития и применения пространственных строительных конструкций: Tee. докл. Свердловск, 19Э9. - С. S3.

4. Забродин Н.П., Алексеткин E.H. пар. Совергмнотуоаани*» конструктивной формы легких комбинированных систем ипрекг-льнсго ти- 17 -

па для железнодорожных сооружений // развитие , совераенствозание п реконструкция специальных сгарных конструкций зданий и. сооружений: Теэ. докл. - Киев, 1983. - С. 52-53.'

5. Алекс алтан E.H. Оптимизация некоторых параметров пространственной перекрестно-пшренгельной конструкции покрытия // Проблема прочности материалов, и конструкций ,на транспорте. - М.: Тр^но-портДЗЭО. - С. 264-272.

6. Пространственная перекрестно-Епрекгельная конструкция покрытия. Cocïi М.П.Забродин, Е.Н.Алексалкин. !1нф. листок N 851-3?. Ленинградский мэгитрзсд. террит. центр каучао-техн. ккформ. п проп. Материал поступил з ЦНТИ 23 шшн 1307г.

7. Блок покрытия перэкрестпо-Епрангелъной кснотруадгл . о кол-турнымл элемента.!»!.' Сост. Ы.Ц.Забродин, Е.Н.Аг.ексааккн. Кнф. листок N 87-174. Лешшгрздокий медатрзол. террит. центр ваучко-техп. кн-форм. и проп. >.!аториал поступил в ЦНТИ 23 канп 1S37 г.

8. Комбинированная пространственная ■ перекрестно-шпренгельная конструкция покрытия о келезобетоЕнш кззтилом.. Сост. М. П. Забродин, Е.Н.АЛокоаакин. Кнф.. лксхон M S0-1. Лгшззсградскил медаграол. террит. центр научно-техн. информ. и проп. . Материал поступил в ЦНТИ 24 ноября 1989 г.

9. A.C. 747953 СССР, ИлИ'Е 04 В 7/14. Сокрытие эдадкй и сооружений / М.П.Забродин, Ю.З.Гаэдароа, Х.Л.ОетбЕСопо, К.Б.Ремизов, Е.Н.Алексапгеш (СССР), i Опубл. 15.07.Ê0, Кал. H 28.

10. A.C. aS0323 СССР, 1.КИ Е 04 В 7/14. Еокрцткэ эдагйз"! и соору-кешш / Ы.П.Забродин, Е.Н.Аледагетш,. Х.А.Оатенсопо (СССР). : Опубл. 05.03.81, Бал. N23.

11. A.C. 894114 СССР, l.SCi Е 04 В 7/14. Шкратие зданий в соору-яений / М.П.Забродиа, Е.Н.Алекозшшш, Г.А.Коэиа, Х.А.Оатенсонс (СССР). ! Опубл. 30.12.81, Ей. H 48. .

12. A.C. 912872 СССР, ЫКИ Е 04 В 7/14. Способ Юнтаиа покрытия / М.П.Забродин, E.H.Алексашкин, X.А.Оытенссиа (СССР). : Опубл. 25.03.82: Бал. « 10.

13. A.C. S75SE5 СССР, IШ Е 0-1 В 7/14. Покрытие здания*« сооружения/М.П.Забродин, E.H.Алексалшш, В.В.Егороз (СССР). : Опубл. 23.11.82, Ьол. N 43.

. 14. A.C. S7S9SS СССР, МНИ Е 04 В 7/14. Покрытие едаши и ссо-руленял / В.В.Егоров, ¡0.В.Гайдаров, U.1I.Забродин, Е.Н.Але.чсазош (СССР). : Опубл; 23.11.82, Вал. N43.

/