автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Совершенствование металлодеревянных шпренгельных балок

КАЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

I

СИБГАТУЛЛИН Марат Тафкилович

/

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТАЛЛОДЕРЕВЯННЫХ ШПРЕНГЕЛЬНЫХ БАЛОК

05.23.01-строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических

наук

Казань 2003 г.

Работа выполнена на кафедре металлических конструкций и испытания сооружений Казанской государственной архитектурно-строительной академии.

Научный руководитель-

Официальные оппоненты-

Кандидат технических наук, профессор ХисамовР.И.

д.т.н., проф. Герасимов Е.Н.

к.т.н., доц. Котлов В.Г.

Ведущая организация-

Головная территориальная

проектно - изыскательская, научно-производственная фирма «Татинвестгражданпроект»

Защита состоит.ся в 16 часов 10 декабря 2003 года на заседании специализированного совета Казанской государственной архитектурно-строительной академии, 420043, Казань, Зеленая 1, КГ АС А, ауд.№ В-209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанской государственной архитектурно-строительной академии.

Отзыв на реферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять в адрес специализированного Совета.

Автореферат разослан " 2003 года

Ученый секретарь специали-

зированного совета кандидат технических наук, доцент

О?-А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы . В связи с увеличением потребности перекрытия пролетов, где балки сплошного сечения становятся неэкономичными, возникает необходимость разработки сквозных несущих конструкций, которые были бы просты в изготовлении. Среди них наиболее перспективными являются металлодеревянные конструкции. Древесина является единственным материалом, который восстанавливается природой и хорошо работает на сжатие, а металл - на растяжение. Совместное использование этих материалов в конструкциях приводит к высокой их эффективности. Примером синтеза таких конструкций являются шпренгельные балки. Основным показателем металлодеревянных шпренгельных балок является их простота изготовления и малый расход материала.

Однако существующие конструктивные решения таких балок еще не полностью удовлетворяют запросам практики и находятся в процессе постоянного совершенствования.

Настоящая работа посвящена вопросам поиска и исследования новых эффективных конструктивных форм металлодеревянных шпренгельных балок.

Цель диссертационной работы - дальнейшее совершенствование и исследование новых металлодеревянных шпренгельных балок, характеризующихся пониженной материалоемкостью и трудоемкостью изготовления.

Для достижения указанной цели автором решены следующие основные задачи:

■ на основе анализа существующих конструктивных схем предложены новые конструктивные решения балок, обладающих простотой выполнения узловых соединений и пониженным расходом материалов;

■ исследована НДС (напряженно-деформированное состояние) и действительная работа нового типа соединения гибкого шпренгеля с деревянным верхним поясом;

■ определены оптимальные параметры предложенных шпренгельных балок с разработкой методики их расчета;

■ разработаны рекомендации по конструированию и изготовлению таких конструкций.

Научная новизна работы состоит в том, что:

■ предложены новые конструктивные решения металлодеревянных

шпренгельных балок, новизна опорных узлов

кишим* подтвержден РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ7 БИБЛИОТЕКА

патентом РФ [4] на изобретение;

■ теоретически, численно и экспериментально исследованы НДС и действительная работа нового типа соединения гибкого шпренгеля с деревянным верхним поясом; •

■ разработаны алгоритмы расчета и составлены программы по определению оптимальных геометрических параметров балок.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:

■ результаты теоретических, численных и экспериментальных исследований работы опорных узлов балок;

■ результаты теоретических и численных исследований по назначению оптимальных геометрических параметров металлодеревянных шпренгельных балок.

Практический выход и внедрение результатов . Разработаны новые типы металлодеревянных шпренгельных балок, методика их расчета и оптимального проектирования. Разработаны методические указания по проектированию и конструированию одно-, двух- и четырехстоечных балок для студентов строительных специальностей "Проектирование и конструирование металлодеревянных шпренгельных прогонов с хомутовыми соединениями опорных узлов", которые внедрены в учебный процесс КГ АСА. Разработанные рекомендации могут быть также использованы проектировщиками при проектировании и конструировании таких балок.

Апробация работы . Основные результаты проведенных исследований были доложены и получили одобрение на 49-55 научных конференциях Казанской государственной архитектурно-строительной академии в 1997-2003 гг.

По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе получен патент

РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы и 9 приложений. Объем 171 страницы, в том числе: основная часть - 134 страниц текста, 71 рисунков и фотографий, 7 таблиц; библиография - 95 наименований на 8 страницах; 9 приложений на 29 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе выполнен анализ современного состояния

разработок отечественных и зарубежных конструктивных решений металлодеревянных шпренгельных балок и узлов соединения их элементов. Также выполнен анализ существующих методов расчета и оптимизации таких конструкций.

Отмечаются работы таких авторов, как Валентинавичюс Л.Ю., Дмитриев П.А., Добродеев H.A., Калинин A.A., Карлсен Г.Г., Кормаков А.И., Кузнецов Г.Ф., Свенцицкий Г.В., Слицкоухов Ю.В., Ханин С.Е., Хисамов Р.И., Чантурия М.А., Юст Э.Э. и др., которые занимались разработкой и конструированием шпренгельных систем и их узлов. Наравне с отечественными, приводятся работы зарубежных авторов как, Гетц К.-Г., Хоор Д.,Мелер К., Наттерер Ю, разработки Высшей Технической Школы в г. Дрездене (ГДР) и фирмы ЭНСОГУТЦЕЙТ (Финляндия).

Также дан анализ расчета и определения оптимальных параметров шпренгельных систем. Здесь отмечены работы таких авторов, как Алявдин П.В., Бакиев М.В., Гариб Мохамед, Демидов H.H., Коршунов А.И., Кочетков Д.А., Отрешенко А.И., Пермяков В.А., Семенов A.A., Трофимович В.В., Щербак С.Б., Яресько В.Ф. и др.

В этой главе также приводятся некоторые особенности работы шпренгельных систем, и изучается авария Ледового стадиона в г. Лениногорске, который спроектирован шведской фирмой Svenk Hallteknik AB, основным несущим элементом покрытия которого является комбинированная система, состоящая из двух одностоечных металлодеревянных ферм.

Анализ выполненных исследований и разработок, рассмотренных в этой главе, позволил сформулировать основную цель и задачи диссертационной работы, которые изложены выше.

Во второй главе приводится описание конструктивного решения нового опорного узла, отличительной особенностью которого является крепление гибкого шпренгеля с деревянным верхним поясом (рис.1). В опорном узле шпренгель 3, выполненный из полосовой стали шириной "в", плотно огибает торец верхнего пояса 1 и стянут хомутом, состоящим из двух элементов: скобы 4, и планки 5. На торце верхнего пояса 1 для распределения сминающих напряжений вставлен жесткий штамп 6 толщиной "5". Новизна данного конструктивного решения приводит к необходимости исследования НДС (напряженно-деформированное состояние) и действительной работы опорного узла металлодеревянной шпренгельной балки.

а-а

1» N

шёг

у

кЧЧЧЧ\Ч\Ч\\\Ч<

Ы-4'

Рис.1. Опорный узел новой металлодеревянной шпренгельной балки. 1- верхний пояс; 3- шпренгель из полосовой стали; 4- скоба; 5- планка; 6- жесткий штамп; 7- нагели.

В связи с целью исследований решены следующие задачи: 1. Исследование поведения шпренгеля - определение усилия проскальзывания шпренгеля через штамп с учетом его закругления (рис.2).

Усилие проскальзывания без учета трения определяется по формуле: ЯДЕФ = 23бхсг х(//2)' хь/75х(/>,+1/2) (1)

2. Определение минимального радиуса закругления из условия работы на смятие.

Минимальный радиус закругления определяется по формуле:

(2)

3. Определение толщины штампа с учетом работы древесины торца в упругой и упруго-пластичной стадии.

Рис.3. Схема работы штампа в опорном узле.

Расчетная схема торца с жестким штампом приведена на рис.За. Здесь древесина торца представлена в виде упругого основания с односторонними связями, нагельные соединения - податливой связью с податливостью «&>. Расчетная схема штампа в упругой стадии работы древесины торца представлена на рис.Зб, а в упруго-пластичной стадии - на рис.Зв.

Точка С (рис.Зв) является границей между участками упругой и пластичной работы древесины. Заменяем усилие в верхней части затяжки и показываем неизвестные величины через перемещения. При упругой стадии работы древесины уравнения равновесия и заменяемые неизвестные принимают вид:

.г .. ахх _

N + NR -3--о

в 2

(3);

х = гАхк/{уА+рв)

(4),

где к - коэффициент постели; <1 - податливость связи. В упруго-пластичной стадии работы древесины:

х, х ув + Л х ус

ув+Ус

(5)

(6)

Определив упругие перемещения по закону Гука и подставив (4) в (3) или (6) в (5) неизвестные вычисляются итерационным путем.

Трет ь я глава посвящена численным исследованиям по определению НДС опорного узла с жестким штампом на торце верхнего пояса.

Численные исследования производились с использованием пакета программ «МЕи». Торец балки рассматривался как плоская шарнирно-стержневая система. Шпренгель и жесткий штамп также представлялись в виде шарнирно-стержневой системы (рис.4а).

штмт контакт шлрвнгЕт верхний пояс

а)

-СТЕРЖНИ ШТАМПА И ШПРЕВПШЯ

СТЕРЖНИ, РАБОТАЮЩИЕ ТОЛЬКО НА СЖАТИЕ

ш •Л 75 -А 13 О.«*««.

1 ц«

1 Р АН А 75 •ив

Рис.4, а- расчетная схема опорного узла балки в виде шарнирно-стержневой системы, б, е- схемы для определения площадей сечений элементов, г- диаграммы работы древесины.

Продольные жесткости стержней определялись из условия равенства моментов инерции и из условия равенства сдвигов (рис.4 б,в). Исследования были проведены для бруса сечением 15 х 6 см без штампа и со штампами толщиной 10, 15, 20, 25, 30 мм, для двух типов диаграмм: для диаграммы действительной работы древесины и с ограничением по СНиПу (рис.4г).

Основные результаты численных исследований данной главы представлены в виде эпюр нормальных напряжений действующих на торце верхнего пояса.

Выводы по главе 3:

1. Применение жесткого штампа для распределения нормальных сминающих напряжений на торце верхнего пояса увеличивает прочность торца смятию вдоль волокон;

2. Численные исследования работы опорного узла без штампа показали, что применение опорных узлов без штампа нецелесообразно, т.к. снижается несущая способность балок;

3. При увеличении толщины штампа, которая определяется в главе 2, напряженно-деформированное состояние торца меняется несущественно.

4. Расхождения между результатами численных и теоретических исследований составляют не более 10 %.

В четвертой главе разработана методика и приводятся результаты экспериментальных исследований действительной работы предложенных узловых соединений балок. Натурные испытания опорных узлов были проведены с целью уточнения НДС и сопоставления их с результатами теоретических и численных исследований. Кроме этого в задачу входило также натурные экспериментальные исследования:

- нагельных соединений для определения податливости;

- работы шпренгеля в месте изгиба на штампе;

Для изучения податливости нагельных соединений, влияющих на работу опорного узла, были проведены экспериментальные исследования на образцах, схема которых представлена на рис.5.

N

\_1

г=г

Рис.5 Образец экспериментальных исследований податливости нагельных соединений. 1- деревянный брус сечением 50x80x250 мм; 2-стальная полоса сечением 28x3 мм; 3- глухари диаметром 6, 8 мм; 4-индикатор часового типа.

В качестве нагелей были использованы глухари диаметром б и 8 мм. Длина глухарей определялась из условия равнопрочности нагеля изгибу и

древесины смятию. Усилие на пластины передавалось при помощи электромеханического пресса этапами по 20 кг. На каждом этапе снимались показания по индикатору 4. По результатам этих показаний были построены графики с умножением перемещений на коэффициент длительности действия нагрузки, равное 1.67 (рис.6). В дальнейшем эти графики применялись для определения НДС опорного узла.

ЛГ.кг

я а в» а я»я м шя* жш мм шм»

Рис.6 Графики податливости глухарей диаметром 6 и 8 мм.

Для уточнения методики определения параметров шпренгеля были проведены экспериментальные исследования работы шпренгеля в месте изгиба на штампе, образец которого представлен на рис.7.

■1

ГО *

IXеу

А

^¡г

я

¿Ш

=еД

N

250

С й Р/5

1 1 1 1 1 У Ж ее ч

[ , 23 Я 0 20 5\ 250 V) гч —1

Рис.7. Образец экспериментальные исследования работы шпренгеля в месте изгиба. 1- стальная полоса сечением 3x0.3 см; 2- штамп; 3- болт.

Были изготовлены 4 образца без закругления и 6 образцов с закруглением Я=5 мм. Образцы испьггывались на растяжение на испытательной машине УГ-20/2.

Результаты экспериментальных исследований работы шпренгеля в месте изгиба на штампе показали, что при изготовлении штампов с радиусом закругления по формуле (2), параметры полосы необходимо определять из условия ее работы на растяжение.

Для экспериментальных исследований действительной работы опорного узла были разработаны две методики:

- методика экспериментальных исследований работы торца верхнего пояса на смятие, образец которого представлен на рис.8.

- методика экспериментальных исследований действительной работы опорного узла, образец которого представлен на рис.9.

шпренгельной балки. 1- деревянный брус; 2- штампы разной толщины; 3-стержень; 4- отрезки арматуры; 5- тензодатчики сопротивления; 6-

металлодеревянных шпренгельных балок. 1- деревянный брус; 2- шпренгель; 3- скоба; 4- планка; 5- штампы; 6- тензодатчики сопротивления. Р-прикладываемая нагрузка.

В исследованиях использовался брус (сосна, 1 сорт) сечением 15x6 см. Напряженное состояние торца изучалась тензометрированием установкой АНД-4, с использованием тензодатчиков базой 50 мм, а величина смятия под штампом контролировалась индикаторами часового типа с ценой деления

0.01 мм и измерительным микроскопом МПБ-2 с точностью 0.01 мм.

Нагрузка прикладывалась рычажным механизмом поэтапно с выдержкой 5-15 мин до стадии разрушения образцов. На каждом этапе снимались показания приборов. Были проведены испытания по первой методике со штампами 10 и 20 мм, по второй методике - без штампа и со штампами толщиной 10,15,20 мм.

В результате экспериментальных исследований опорных узлов получено действительное НДС торца верхнего пояса при разных толщинах штампа, которые представлены в виде эпюр нормальных напряжений на торце верхнего пояса. Сравнение эпюр нормальных напряжений при одинаковых исходных данных по результатам теоретических, численных и экспериментальных исследований представлен на рис.10.

Рис.10. Эпюры нормальных напряжений на торце по результатам: а-численных и экспериментальных исследований, б- численных и теоретических исследований.

Экспериментальные исследования действительной работы опорных узлов позволили получить следующие результаты:

1. Применение жесткого штампа для распределения нормальных сминающих напряжений на торце верхнего пояса увеличивает прочность торца смятию вдоль волокон.

2. При увеличении толщины штампа свыше той, которая определяется в главе 2, напряженное состояние торца верхнего пояса меняется несущественно- 5-8 %.

3. Расхождения между численными и экспериментальными значениями нормальных сминающих напряжений на торце при расчетной нагрузке не превышают 15 %

Пятая глава посвящена теоретическим и численным исследованиям новых одно-, двух-, трех- и четырехстоечных

теоретические

-кг» п цс т ггв

-31-И « 15 Я в ее 75 N/№1111

меташюдеревянных шпренгельных балок (рис.11).

Основной целью этой главы являлось определение оптимальных параметров этих балок. Задачи этой главы были решены численными и теоретическими исследованиями НДС балок.

Численные исследования НДС балок, проведенные с применением ППП (пакета прикладных программ) «ЛИРА» и «STAR», показали:

- опорный момент разгружает верхний пояс одно-, двух-, и трехстоечных балок при симметричном и асимметричном загружениях и неблагоприятно влияет на работу верхнего пояса четырехстоечных балок при асимметричном загружении;

- по сравнению с другими схемами балок, наибольшее негативное влияние асимметричного загружения на НДС проявляется в трехстоечных балках;

- величину расчетного изгибающего момента в верхнем поясе двухстоечных, трехстоечных и четырехстоечных балок можно уменьшить, изменив соотношение длин панелей;

- на величину расчетного изгибающего момента в верхнем поясе четырехстоечной балки существенное влияние оказывает очертание нижнего пояса.

Проведенные выше исследования показали на необходимость разработки программы расчета НДС с учетом варьирования опорного эксцентриситета, очертания нижнего пояса четырехстоечных балок, расположения временной снеговой нагрузки, соотношения длин панелей верхнего пояса двухстоечных и четырехстоечных балок, высоты балки, что позволяет простыми численными расчетами синтезировать оптимальное конструктивное решение. В алгоритм программы закладывались:

1. Определение прогибов балок с учетом упругих и неупругих деформаций элементов. Прогибы от упругих деформаций определялись по формуле Мора, а от неупругих деформаций - простыми геометрическими вычислениями;

2. Рациональный эксцентриситет определялся из условия минимума расчетного момента в верхнем поясе;

3. Наихудшее расположение снеговой (временной) нагрузки на доле пролета определялось из условия максимума изгибающего момента в верхнем поясе;

4. Вычисление рациональной геометрии нижнего пояса четырехстоечных балок производилось из условия минимума объема древесины на верхний пояс;

5. Нахождение оптимальных параметров балок производилось из условия достижения минимума приведенных затрат на покрытие. Для этого были проанализированы все факторы, влияющие на стоимость покрытия, и сделаны следующие допущения:

- за стоимость балок, связей можно принять стоимость их материала, ввиду того, что при изменении параметров балки (высоты и длин панелей)

стоимость изготовления и монтажа балок меняется несущественно;

стоимость настила и кровли не зависит от параметров балки.

верхний пояс; 2- стойка; 3- шпренгель.

Принимая во внимание вышеприведенные условия и допущения, записываем стоимость покрытия:

С = Св+Сс+Сог+Пов, (7)

где СБ,Сс,С0Г,П0В- стоимость балки, связей, ограждающих конструкций, приведенные затраты на отопление и вентиляцию межбалочного пространства.

Стоимость шпренгельной балки представлена как сумма стоимостей образующих ее элементов:

Сб - ¥в.п.х Ав.п.х'л.л. +

х1шхС„

гДе Ч'в.п.>Ч'с>Уш>Ав.п.>Ас>Аш>,вл:>1с>гш- ' конструктивные коэффициенты, площади сечений и длины верхнего пояса, стойки и шпренгеля;

СД,СМ- стоимость единицы древесины и металла.

При определении площади связей из условия предельной гибкости их стоимость определяется по формуле:

где {¡^-конструктивный коэффициент ограждений;

Ссо- стоимость единицы стенового ограждения;

В,Н- шаг и высота балок.

Приведенные затраты на отопление и вентиляцию межбалочного пространства складываются из двух частей: отопление и вентиляция объема межбалочного пространства и возмещение теплопотерь через стеновые ограждения:

Пов=у/овх(ЬхВхНхСовхк + 2хВхНхСт)хт, (11)

где у/ов - конструктивный коэффициент отопления и вентиляции;

Сов, СТ- стоимость отопления и вентиляции единицы межбалочного пространства за год и стоимость возмещения теплопотерь через единицу площади стенового ограждения;

к - коэффициент использования межбалочного пространства;

т - срок службы здания.

Принимаются следующие ограничения:

- расчетные усилия определяются методом сил;

- параметры верхнего пояса определяются как для сжато-изгибаемого элемента;

- параметры шпренгеля определяются как для растянутого элемента;

- сечение стойки принимается по конструктивным соображениям квадратным, сторона которого равна ширине верхнего пояса;

- устойчивость верхнего пояса считается обеспеченным настилом;

- прочность торца верхнего пояса ограничивается системой (5);

- прогиб балки определяется по вышеприведенной методике и ограничивается по СНиПу.

Далее из условия минимума функции (7), при соблюдении вышеприведенных условий определяются оптимальные параметры балки.

(9)

где угсв - конструктивный коэффициент связей; 1св,п- длина и количество связей. Стоимость стеновых ограждений определяем по формуле: СОГ =2хц/огхВхНхСсо,

(10)

Блок-схема программы для определения оптимальных параметров

двухстоечных балок представлена на рис.12.

фф ф 0

| Определение сечений]

[Ввод исходных данных]

-(Статический расчет ]~

|е1=Мр/рЧс'Со8(Д» е2=Ы2}

[Определение стоимости покрытия]

-|Ноп=Н 1Лоп=Ы С1=С|

-[Печать результатов]

ФФ Ф Ф »

Рис.12. Блок-схема программы для определения оптимальных параметров двухстоечных балок.

Блок-схемы программ для определения параметров одностоечных и четырехстоечных балок похожи с учетом следующих корректировок:

- для одностоечных убирается блок определения длин приопорных панелей;

- для четырехстоечных добавляется блок для определения рациональной геометрии шпренгеля.

Разработанные программы позволяют определить все необходимые параметры шпренгельных балок: наихудшее асимметричное загружение, рациональный узловой эксцентриситет, соотношение длин панелей, высоту балки, сечения элементов.

Оптимальные параметры металлодеревянных шпренгельных балок зависят от многих факторов: типа балки, применяемых материалов (сорт древесины или марка стали, соотношение сторон верхнего пояса), соотношения постоянных и временных нагрузок, типа конструкции (прогоны или самостоятельно несущие конструкции), типа здания (отапливаемое или не отапливаемое) и другие. Поэтому построение графиков для определения оптимальных параметров балок не представляется возможным, поскольку их точность будет не достаточна. В качестве примера можно привести графики для определения оптимальной высоты балок при применении их в качестве прогонов. Графики зависимости высоты балки от пролета при соотношении сторон верхнего пояса ШЬ=1 для IV снегового района и для разных схем

балок представлены на рис.13.

Рис. 13. График зависимости высоты балки от пролета

Также можно определить рациональную геометрию нижнего пояса четырехстоечных балок, задавая координаты приопорной стойки. Эти координаты представлены в виде графиков на рис.14.

Рис.14. Графики для определения рациональных координат нижних узлов приопорных стоек четырехстоечных балок.

Результаты исследований оптимальных параметров шпренгельных балок позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Определяющим для назначения параметров верхнего пояса одностоечных и двухстоечных металлодеревянных шпренгельных балок при реальных параметрах является работа верхнего пояса на сжатие с изгибом, а

для четырехстоечных балок- как работа верхнего пояса на сжатие с изгибом, так и работа торца верхнего пояса на смятие вдоль волокон.

2. Опорный момент разгружает верхний пояс одно-, двух-, трехстоечных шпренгельных балок при симметричном и асимметричном загружениях и неблагоприятно действует на работу верхнего пояса четырехстоечных балок при асимметричном загружении. Величину эксцентриситета, который создает опорный момент следует принять:

- для одностоечных и двухстоечных балок е = А/2; для четырехстоечных балок е = 0.

3. Наихудшим загружением для определения параметров верхнего пояса является:

- для одностоечных балок- симметричное или половинное асимметричное (временное) загружение;

- для двухстоечных балок- асимметричное загружение, где снеговая нагрузка действует на 0.56 части пролета;,

- для четырехстоечных балок- симметричное или асимметричное загружение, где снеговая нагрузка действует на 2/3 части пролета.

При этом разница изгибающих моментов в верхнем поясе не превышает 1.5%.

4. Трехстоечные металлодеревянные шпренгельные балки не эффективно работают на асимметричную нагрузку. Объем древесины на верхний пояс возрастает при этом в 2-3 раза, поэтому их применение не рекомендуется.

5. При применении металлодеревянных шпренгельных балок в качестве самостоятельных несущих конструкций утепленных зданий их высоту необходимо определить из условия обеспечения II предельного состояния -прогибов.

6. Для упрощения расчетов, конструирования и изготовления длины панелей двухстоечных и четырехстоечных шпренгельных балок можно принять равными. При этом разница в объемах древесины не превышает 3 %.

В шестой главе приведены результаты анализа технико-экономической эффективности исследованных балок и рекомендации по их изготовлению.

Для анализа технико-экономической эффективности использован коэффициент стоимости Кс. Он показывает величину нагрузки, которую может нести (поднять) вложенный в конструкцию 1 рубль. Чем больше коэффициент Кс, тем эффективнее конструкция.

(13)

С С V руб)

где С- стоимость конструкции.

Стоимость конструкции включает стоимость материала, стоимость изготовления, стоимость отопления и стоимость ограждающих конструкций

в зависимости от высоты несущих конструкций.

Эффективность применения исследованных балок определена путем сопоставления коэффициентов стоимости. Были соблюдены условия сопоставимости конструкций - все они рассчитывались на одну и ту же нагрузку и имели одинаковые пролеты. Результаты анализа приведены в табл.1.

Раздел 1.01 Технико-экономические показатели несущих конструкций.

_Таблица 1.

Тип несущей конструкции Кс

Прокатные двутавровые балки 104.97

Балки из круглой древесины 81.40

Балки из брусьев 116.45

Балки из клееной древесины 50.14

Ранее известные одностоечные балки 127.84

Ранее известные двухстоечные балки 133.21

Новые одностоечные балки 135.95

Новые двухстоечные балки 141.33

Новые четырехстоечные балки 126.18

Таким образом, сравнение технико-экономических показателей конструкций показывает, что среди конструкций при пролете 6 метров самым эффективным является предложенная двухстоечная металлодеревянная шпренгельная балка с опорными разгружающими моментами.

В данной главе также приводятся рекомендации по проектированию, конструированию и изготовлению новых одно-, двух-, трех- и четырехстоечных металлодеревянных шпренгельных балок.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Разработка и исследование новых металлодеревянных шпренгельных балок и теоретические, численные и экспериментальные исследования их опорных узлов позволяют сделать следующие выводы и рекомендации:

1. На основе анализа существующих конструктивных решений металлодеревянных шпренгельных балок предложены новые одностоечные, двухстоечные, трехстоечные и четырехстоечные металлодеревянные шпренгельные балки, новизна опорных узлов которых подтверждена патентом РФ на изобретение.

2. Теоретически, численно и экспериментально исследована действительная работа нового опорного узла и разработана методика расчета с определением:

а) Рациональной толщины штампа;

б) Прочности торца верхнего пояса смятию.

Расхождения между теоретическими и численными значениями не превышают 10 %, а между численными и экспериментальными значениями не более 15%.

3. Определены оптимальные параметры одностоечных, двухстоечных и четырехстоечных шпренгельных балок (высота и соотношение длин панелей) из условия минимума затрат на покрытие с выявлением:

а) Наихудших случаев загружения одностоечных, двухстоечных и четырехстоечных шпренгельных балок;

б) Рациональных величин узловых эксцентриситетов, создающих опорный момент;

в) Рациональной геометрии нижнего пояса четырехстоечных шпренгельных балок.

4. Разработаны методики расчета с реализацией в программах «БАЛКА-1», «БАЛКА-2» и «БАЛКА-4» для расчета новых одно-, двух- и четырехстоечных металлодеревянных шпренгельных балок.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Сибгатуллин М.Т. Разработка и исследование металлодеревянных шпренгельных прогонов. Материалы 50-й республиканской научной конференции. Сборник научных трудов аспирантов. Казань: КГАСА, 1999 г.-с.168-173.

2. Сибгатуллин М.Т. Исследование и разработка металлодеревянных шпренгельных прогонов и их опорных узлов. Разработка и исследование металлических и деревянных конструкций. Сборник научных трудов. Казань: КГАСА, 1999 г.-с.43-50.

3. Сибгатуллин М.Т. Яца тер металл-агач урэчэле ерлеклэрнец камиллеген тикшеру. "Наука и язык". Научно-информационный журнал, №1(2)Д999, с.62-65.

4. Хисамов Р.И., Сибгатуллин М.Т. Опорный узел металлодеревянного шпренгельного прогона. Патент на изобретение РФ №2140501 от 27.10.99. Е 04 С 3/02. Бюл. 30.

5. Сибгатуллин М.Т. Теоретические исследования работы опорных узлов металлодеревянных шпренгельных балок. Материалы 51-й республиканской научной конференции. Сборник научных трудов аспирантов. Казань: КГАСА, 2000 г.-с.117-121.

6. Сибгатуллин М.Т. Металл-агач уРочэле ерлеклэрнец терэк тееннорен санча методлар белэн тикшеру. "Наука и язык". Научно-информационный журнал, №4,2000, с.58-60.

7. Сибгатуллин М.Т. Экспериментальные исследования работы опорных узлов. Материалы 53-й республиканской научной конференции. Сборник научных трудов аспирантов. Казань: КГАСА, 2001 г.-с.73-76.

8. Сибгатуллин М.Т. Оптимальные параметры шпренгельных балок на основе наименьших стоимостных показателей. Материалы 54-й республиканской научной конференции. Сборник научных трудов аспирантов. Казань: КГАСА, 2002 г.-с.49-52.

Подписано в печать 31.10.03 г. Формат 60x84/16

Заказ ВЛ9. Печать RISO Усл.-печл. 1,0

Тираж 100 экз. Бумага тип. №1 Учетн. - издл. 1,0

Печатно-множительный отдел КазГАСА. Лицензия № 03/380 от 16.10.95 г. 420043, Казань, Зеленая, 1

I

I

r

I

л

* 17980

I

I

i

'i i

ВВЕДЕНИЕ.

1 .СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.8 '

1.1.Анализ существующих конструктивных решений шпренгельных балок.

1.2.Анализ существующих методик расчета шпренгельных балок.

1.3 .Задачи исследований.

2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ОПОРНЫХ УЗЛОВ БАЛОК.

2.1.Теоретические исследования работы опорных узлов с жестким штампом.

2.1.1 .Теоретические исследования работы шпренгеля.

2.1.2.Теоретические исследования работы штампа и древесины торца верхнего пояса.

2.2.Выводы по главе 2.

3.ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ОПОРНЫХ УЗЛОВ

БАЛОК.

3.1.Разработка методики численных исследований работы опорных узлов.

3.2.Результаты численных исследований работы опорных узлов при действительной работе древесины.

3.3.Результаты численных исследований работы опорных узлов при принятой работе древесины.

3.4.Выводы по главе 3.

4.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ОПОРНЫХ

УЗЛОВ БАЛОК.

4.1.Экспериментальные исследования податливости нагельных соединений.

4.2.Результаты экспериментальных исследований податливости нагельных соединений.

4.3.Экспериментальные исследования работы шпренгеля на месте изгиба.

4.4.Результаты экспериментальных исследований работы шпренгеля на месте изгиба.

4.5.Разработка методики экспериментальных исследований работы торца верхнего пояса балок.

4.6.Результаты экспериментальных исследований работы торца верхнего пояса балок.

4.7.Разработка методики экспериментальных исследований действительной работы опорных узлов балок.

4.8.Результаты экспериментальных исследований действительной работы опорных узлов балок.

4.8.1.Результаты экспериментальных исследований действительной работы опорных узлов балок без штампа.

4.8.2.Результаты экспериментальных исследований действительной работы опорных узлов балок со штампами разной толщины.

4.9.Выводы по главе 4.

5 .ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

МЕТАЛЛОДЕРЕВЯННЫХ ШПРЕНГЕЛЬНЫХ БАЛОК.

5.1 .Исследование деформативности металло деревянных шпренгельных балок.

5.1.1.Исследование деформативности одностоечных металлодеревянных шпренгельных балок.

5.1.2.Исследование деформативности двухстоечных металлодеревянных шпренгельных балок.

5.1.3.Исследование деформативности четырехстоечных металлодеревянных шпренгельных балок.

5.2.0пределение оптимальных параметров покрытия из металлодеревянных шпренгельных балок.

5.3 .Определение параметров одностоечных металлодеревянных шпренгельных балок.

5.4.0пределение параметров двухстоечных металлодеревянных шпренгельных балок.

5.5.Определение параметров трехстоечных металлодеревянных шпренгельных балок.

5.6.0пределение параметров четырехстоечных металлодеревянных шпренгельных балок.

5.7.Результаты исследований оптимальных параметров металлодеревянных шпренгельных балок.

5.8.Выводы по главе 5.

6.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ

НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ШПРЕНГЕЛЬНЫХ БАЛОК.

6.1 .Технико-экономическое сравнение вариантов несущих конструкций.

6.2.Рекомендации по проектированию и конструированию металлодеревянных шпренгельных балок.

В последние годы наблюдается повышение тенденции строительства объектов павильонного типа, объектов сельскохозяйственного назначения и складских сооружений силами мелких организаций. В период перехода' к рыночной экономике этому способствуют потребности мелких строительных фирм, частных организаций, фермерских хозяйств, которые стараются вести строительство своими силами и не имеют соответствуюшей материальнотехнической базы. При этом для покрытия больших пролетов, где сплошные балки становятся неэкономичными, возникает необходимость разработки сквозных несущих конструкций, которые могли бы изготавливаться собственными силами на строительных площадках или в небольших мастерских.Здесь наиболее перспективными являются комбинированные конструкции с верхним поясом из древесины и нижним поясом из металла. Ярким примером таких конструкций являются металлодеревянные шпренгельные балки, где верхний пояс, работающий на сжатие с изгибом, изготавливается из древесины, а нижний растянутый - из стержневой арматуры, прокатной или полосовой стали.Применение древесины для верхнего пояса аргументируется тем, что пороки древесины мало влияют на его расчетные характеристики при работе на сжатие. А также в нашей стране имеется богатая сырьевая база, и древесина является единственным материалом, который может воспроизводиться природой.Проектирование растянутого нижнего пояса из металла объясняется тем, что он хорошо работает на растяжение и дает возможность натяжения нижнего пояса с образованием строительного подъема в балках во время эксплуатации.Металлодеревянные шпренгельные балки имеют широкую область применения для сельскохозяйственных зданий и складских сооружений. Они -бтакже могут использоваться в промышленном и гражданском строительстве, например, при строительстве коттеджей, различных павильонов и т. д.Основными достоинствами металлодеревянных шпренгельных балок являются их экономичность и простота изготовления. Простота изготовления балок зависит в основном от конструкции их узлов. Известно, что распиловка и сверление древесины при изготовлении балок существенно уменьшают прочность верхнего пояса. Поэтому одним из условий проектирования и конструирования таких конструкций является цельность сечения древесины.Цель работы: совершенствование существующих и разработка новых эффективных металлодеревянных шпренгельных балок, которые характеризуются пониженной материалоемкостью, трудоемкостью и простотой изготовления.Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Предложены новые конструктивные решения металлодеревянных шпренгельных балок, новизна опорных узлов которых подтверждена патентом РФ на изобретение; 2. Теоретически, численно и экспериментально исследованы НДС (напряженно-деформированное состояние) и действительная работа нового типа соединения гибкого шпренгеля с деревянным верхним поясом; 3. Разработаны алгоритмы расчета и составлены программы по определению оптимальных геометрических параметров балок.Практический выход и внедрение результатов. Разработаны новые виды металлодеревянных шпренгельных балок и методика их расчета и проектирования. Разработаны методические указания по проектированию и конструированию одно-, двух- и четырехстоечных балок для вузов строительных специальностей "Проектирование и конструирование металлодеревянных шпренгельных балок с хомутовыми соединениями опорных узлов", которые внедрены в учебный процесс КГАСА. Разработанные рекомендации могут быть также использованы проектировщиками при проектировании и конструировании металлодеревянных шпренгельных балок.А п р о б а ц и я р а б о т ы , Основные результаты проведенных исследований были доложены и получили одобрение на 49-55 научных конференциях Казанской государственной архитектурно-строительной академии в 1997-2003 гг.На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы: 1. Результаты теоретических, численных и экспериментальных исследований работы опорных узлов балок; 2. Результаты теоретических и численных исследований по назначению оптимальных геометрических параметров металлодеревянных шпренгельных балок.1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Шпренгельные конструкции издавна привлекали внимание конструкторов своей простотой конструктивной схемы, удобством изготовления и монтажа и надежностью их в эксплуатации. Совершенствование шпренгельных конструкций выполнялось по двум направлениям: -совершенствование их конструктивных форм; -уточнение методов их расчета.В зависимости от используемого в них материала шпренгельные конструкции подразделяются на: -металлические; -деревянные; -комбинированные (металлодеревянные, железобетонно-металлические и ДР)По количеству стоек шпренгельные балки можно подразделить на одностоечные, двухстоечные и многостоечные.1.1. Анализ конструктивных решений шпренгельных балок.В практике строительства первоначальное применение нашли деревянные шпренгельные балки. В последующем, из-за большого влияния пороков древесины при работе на растяжение, возникла необходимость замены растянутых элементов металлом.Самым простым конструктивным решением шпренгельных систем является деревянная одностоечная шпренгельная балка, методика конструирования и расчета которой приведена в работе [1]. Она состоит из верхнего пояса 1, шпренгеля 2 и стойки 3 (рис.1.1). Шпренгель и стойка такой балки выполнены из одной, а верхний пояс - из двух досок. Опорные узлы балки осуществляются на гвоздях, а стык нижнего пояса конструируется с парными накладками на гвоздях.3L/16 2L/16 •• L/8 ,. L/8 „ 3V16 3L/16 Рис. 1.1. Деревянная одностоечная шпренгельная балка.Шпренгельным балкам такого типа предлагается придавать конструктивный строительный подъем. Порядок сборки при этом рекомендуется следующий. Сначала собирается в прямолинейном положении верхний пояс, и забиваются все гвозди скрепляющие элементы балки, кроме гвоздей, скрепляющих стойку с верхним поясом. Сама стойка выходит своим концом из зазора верхнего пояса на величину строительного подъема "Усг/»"После этого по схеме рис. 1.2 производится выгибание верхнего пояса, а затем забиваются гвозди, соединяющие стойку с верхним поясом шпренгельной балки. стр Рис. 1.2. Схема придания шпренгельной балке строительного подъема.Геометрическая схема и конструкции узлов другой одностоечной шпренгельной балки приведены в работе [3] (рис. 1.3).Рис. 1.3. Одностоечная металл одеревянная шпренгельная балка, а - общий вид прогона; б - опорный узел.Балка состоит из верхнего деревянного пояса 1 из круглого леса или брусьев прямоугольного сечения, стойки 2 тоже деревянного и шпренгеля 3, выполненного из круглой стали. Предложена конструкция балки с верхним поясом из двух брусьев. В опорном узле этой балки шпренгель пропущен между брусьями 1 и уперт через распределительную планку 4 в торец верхнего пояса. Узел имеет опорную плиту 5 в виде доски, пришитой к верхнему поясу (рис. 1.3).В этой конструкции присоединение нижнего пояса в опорном узле выполняется с эксцентриситетом для снижения величины расчетного момента в верхней панели. Применение таких балок авторы предлагают для перекрытия пролетов 6-12 метров.Конструкция одностоечной шпренгельной балки и перекрестной шпренгельной системы приводится также в работе [33]. Отмечается, что одностоечные и двухстоечные пшренгельные балки выгодны для пролетов от 4 до 12 метров. На примере одностоечной шпренгельной балки показано, что возможно изменение расчетной схемы шпренгельной балки во время эксплуатации. Здесь также отмечается эффективность одностоечных и двухстоечных шпренгельных систем при больших статических и подвижных нагрузках.Конструкции и схемы одностоечньпс шпренгельных балок приводятся также в работах [2], [4], [7], [8], [43], [44], [45].Первоначальное применение двухстоечные пшренгельные системы наиши в эстакадных конструкциях. Одна их конструкций и методика расчета двухстоечной шпренгельной балки приводится в работе [1]. Конструкция балки представлена на рис. 1.4. Верхний пояс ее состоит из двух брусьев 1, соединенных между собой горизонтальными болтами 3 диаметром 12-16 мм.Стойки 2 сечением в один брус располагаются перпендикулярно верхнему поясу. Нижние торцы стоек для обеспечения плавности перегиба затяжки закругляются и усиливаются стальными оголовниками 7, к которым приваривается затяжка 4. В средней горизонтальной части затяжки 4 устанавливается винтовая муфта 5, позволяющая обеспечить предварительное натяжение в затяжке. Соединение затяжки с балкой в опорном узле производится с помощью отрезка швеллера 6, располагаемого на наклонных щековых торцах балки. Затяжка при этом пропускается через специальное отверстие между брусьями верхнего пояса. / / " / -ф—• И/ / L-la.Рис. 1.4. Металлодеревянная щпренгельная подкрановая балка.Предлагаемая величина пролета таких шпренгельных балок составляет 5 -i-7 метров. Конструктивная высота балок изменяется в пределах — i— от 5 4 пролета.Подобные схемы двухстоечньЕС балок с указанием их возможных пролетов представлены также в работах [2], [4], [7], [8], [44], [45].Наибольший интерес представляет двухстоечная шпренгельная балка, в которой все узлы упрощены, в том числе и опорные (рис. 1.5) [9].Описание металлических шпренгельных балок, в которьпс стойки складываются для удобства перевозки балок, и решения их опорных узлов приводятся в работах [57], [77], [78], [79].Для покрытия более длинных пролетов применяются шпренгельные балки с тремя и более стойками. Конструктивные решения многостоечных балок представлены в работах [2], [4], [7].В работах Н.С. Стрелецкого [69], [70] уделено особое внимание металлическим шпренгельным прогонам. Отмечается, что они заслуживают первейшего внимания конструктора. Здесь также приводятся конструктивные решения и методы расчета металлических шпренгельных прогонов.Конструкция крытого плавательного бассейна в Кохеле-на-Зее описана в работах [13] и [14]. Зал бассейна размером 18 х 27 метров перекрывается многостоечными шпренгельными балками в двух направлениях. Балки состоят из верхнего пояса 1 (рис. 1.6) из двух пакетов клееных досок, стоек 2 из клееной древесины и тяги 3 из нержавеющей стали с винтовой муфтой. Стойки в балке располагаются перпендикулярно к верхнему поясу. Шпренгельная балка усиливается диагональными тяжами 4 из нержавеющей стали между стойками.Соединения нижних поясов и диагоналей с вертикальными стойками выполняются с помощью штырей 5 из высокопрочной стали с выточками. В опорном узле тяга 3 пропущена между брусьями верхнего пояса 1 и уперта в торец верхнего пояса через угольник 6, Рис. 1.6. Узлы многостоечной шпренгельной балки.В работе [4] приводятся комбинированные системы трапецивидного очертания с двумя стойками и шарниром в коньковом узле или с неразрезным верхним поясом переменного сечения. Верхний пояс таких шпренгельных систем предлагается изготавливать из клееной древесины.Более сложные конструктивные схемы металлодеревянных шпренгельных конструкций для покрытия пролетов от 18 до 36 метров представлены в работе [6]. Здесь приводятся комбинированные системы, образованные из одностоечных и двухстоечных металлодеревянных шпренгельных прогонов.Приводятся конструкции разработанные ЦНИИЭПсельстроем и ЦНИИпромзданий, Высшей Технической Школой в г. Дрездене (ГДР) и фирмой ЭНСОГУТЦЕЙТ (Финляндия).Металлические шпренгельные системы, методы предварительного натяжения шпренгельных систем, применение шпренгелеи в перекрестных системах и при усилении конструкций представлены в работе А.А. Калинина [58]. Им также предложены самонапрягающаяся шпренгельная система [59] и шпренгельная конструкция [60].Шпренгельная система состоящаяся из двух двухстоечных шпренгельных балок с клеедеревянными верхними поясами представлена в работе Э.Э. Юст [61]. Разработка конструкции включает проектирование, модельные испытания и экспериментальное строительство.Шпренгельная система также из двух двухстоечных щпренгельных балок предложена в работе М.А. Чантурии и др. [65]. Предлагается поставить затяжку между обеими стойками шпренгельных балок, что улучшает работу системы на асимметричное загружение.Блок-фермы из шпренгльньгх конструкций предложены в рабаге П,А. Дмитриева и др. [66]. Приводятся блок-фермы состоящие из отдельных одностоечных и двухстоечных шпренгельных балок, а также на основе шпренгельных систем с указанием возможных пролетов и их высот.Металлическая блочно-шпренгельная система для покрытия круглого в плане здания диаметром 18 метров приводится в работе И.В. Молева и Р.И. Молевой [68]. Блоки представляют собой пространственные фермы, у которых верхние пояса выполняются из швеллеров, соединенных в горизонтальной плоскости прогонами из уголков, а элементы решетки и нижнего пояса приняты круглого сечения.Существующий опыт показывает, что конструктивное решение узлов шпренгельных балок существенно влияет на их несущую способность и трудоемкость изготовления.Рассмотрим некоторые конструктивные решения узлов металлодеревянных шпренгельных балок.Разные варианты решения опорных узлов (рис. 1.7) и узлов крепления стоек с затяжками (рис. 1.8) представлены на работе [4]. е) H* i J-3 4-4 ."•S-^МУ ^^^Ш I ^ 2-2 f Рис. 1.7. Варианты решения опорных узлов шпренгельных балок.Присоединение стоек с затяжками также предложено в нескольких вариантах: -через опорную плиту с непосредственной передачей усилия на стойку (рисЛ.^а, б); -при передаче усилия на стойку через нагели (рис. 1.86, г) Схемы одно-, двух- и четырехстоечных шпренгельных балок и примеры применения шпренгельных систем за рубежом содержатся в работах [7], [35], [36], [37], [38]. Здесь также приводятся различные варианты присоединения их затяжек в опорных узлах балок (рис. 1.9), и варианты крепления затяжек со сжатыми стойками (рис. 1.10).Рис, 1.9. Варианты присоединения затяжки шпренгельных балок в опорных узлах.Предложено присоединение шпренгеля к верхнему поясу в опорном узле в нескольких вариантах: -соединение с помощью стальной коробки, шарнирного болта и прибитых гвоздями планок (рис. 1.9аУ, -боковое присоединение с помощью пластинок, прибитых гвоздями, и шарнирного болта (рис. 1.96); -верхний пояс со шлицем, присоединение с помощью опорной плиты (рис.1.9в); -планка со штырями в шлице верхнего пояса (рис. 1.92).Рис. 1.10. Варианты крепления затяжки к сжатым стойкам.Присоединение стоек с затяжками также предложено в нескольких вариантах: -шарнирное крепление затяжек болтами и нагелями к парной стойке (рис. 1.10а); -прикрепленная нагелями полосовая сталь с шарнирным креплением затяжек (рис. 1.1 Об); -прикрепленная нагелями листовая сталь с упорной планкой, при этом тяга приварена к упорной планке (рис.1.10в); -прикрепленная нагелями листовая сталь с упорной планкой, а тяга •19присоединена щарнирно (рис. 1.1 Ог).Анализ конструктивных решений шпренгельных балок показывает, что существующие конструкции имеют следующие недостатки: 1.Большая трудоемкость изготовления узлов: -изготовление специальных отверстий для пропуска затяжки; -распиловка торцов верхних поясов для пропуска пластин; -усиление опорных узлов опорными плитами.2.0слабление опорных узлов распиловкой и сверлением поясов: С целью упрощения изготовления и повышения несущей способности шпренгельных балок Р.И. Хисамовым и др. [9] были предложены металлодеревянные шпренгельные прогоны, в которых нижний пояс выполняется из полосовой стали, который огибает в опорном узле торец деревянного верхнего пояса балки и стянут хомутом (рис. 1.5). Преимуществом такого опорного узла является то, что в конструкции отсутствует ослабление сечения верхнего пояса. Однако, недостатком такого решения является то, что несущая способность таких балок ограничивается прочностью древесины, работающей на смятие в торце верхнего пояса.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Разработка и исследование новых металлодеревянных шпренгельных балок и теоретические, численные и экспериментальные исследования их опорных узлов позволяют сделать следующие выводы и рекомендации:

1. На основе анализа существующих конструктивных решений металлодеревянных шпренгельных балок предложены новые одностоечные, двухстоечные, трехстоечные и четырехстоечные металлодеревянные шпренгельные балки, новизна опорных узлов которых подтверждена патентом РФ на изобретение.

2. Теоретически, численно и экспериментально исследована действительная работа нового опорного узла и разработана методика расчета с определением: а) Рациональной толщины штампа; б) Прочности торца верхнего пояса смятию.

Расхождения между теоретическими и численными значениями не превышают 10 %, а между численными и экспериментальными значениями не более 15%.

3. Определены оптимальные параметры одностоечных, двухстоечных и четырехстоечных шпренгельных балок (высота и соотношение длин панелей) из условия минимума затрат на покрытие с выявлением: а) Наихудших случаев загружения одностоечных, двухстоечных и четырехстоечных шпренгельных балок; б) Рациональных величин узловых эксцентриситетов, создающих опорный момент; в) Рациональной геометрии нижнего пояса четырехстоечных шпренгельных балок.

4. Разработаны методики расчета с реализацией в программах «БАЛКА-1», «БАЛКА-2» и «БАЛКА-4» для расчета новых одно-, двух- и четырехстоечных металлодеревянных шпренгельных балок.

ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1. Исследование напряженно-деформированного состояния древесины при смятии вдоль волокон в стесненных условиях.

2. Исследование предложенных металлодеревянных шпренгельных балок с верхним поясом из клееной древесины или составных брусьев.

3. Разработка и исследование комбинированных и перекрестных систем на основе предложенных одностоечных, двухстоечных и четырехстоечных металлодеревянных шпренгельных балок с хомутовыми соединениями опорных узлов.

1. Справочник проектировщика промышленных сооружений. Деревянные конструкции. Под редакцией Г.Ф. Кузнецова, М-Л., 1937 с.249-250, 706-716.'

2. Слицкоухов Ю.В., Буданов В.Д. и др. Конструкции из дерева и пластмасс. Учеб. для вузов. Под редакцией Карлсена Г.Г. и Слицкоухова Ю.В., 5-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1986 543 с.

3. Свенцицкий Г.В. Деревянные конструкции. Состояние и перспективы развития. Госстройиздат, М.,1962 с.88-89.

4. Кормаков Л.И., Валентинавичус А.Ю. Проектирование клееных деревянных конструкций. Будивильник, 1983 с. 152.

5. СНиП П-25-80 Нормы проектирования. Деревянные конструкции. М., Стройиздат, 1982- 65 с.

6. Добродеев Н.А. Металлодеревянные шпренгельные конструкции. В кн. Деревянные конструкции в строительстве. Сборник научных трудов. М., ЦНИИпромзданий и ЦНИИСК им. Кучеренко, 1986 с.88-97.

7. Гетц К.-Г., Хоор Д.,Мелер К., Наттерер Ю. Атлас деревянных конструкций. Под редакцией В.В. Ермолова. М., Стройиздат, 1985 с.82-83 и с.119.

8. Ханин С.Е. Теория и расчет ферм. М., Трансжелдориздат НКПС, 1934с.12

9. Хисамов Р.И., Ибатуллина Г.Р., Хисамов Н.Е. Патент РФ №2049877 от 10.12.95. Металлодеревянный шпренгельный прогон. Е 04 С 3/02. Бюл. 34.

10. Ю.Хисамов Р.И., Сибгатуллин М.Т. Патент РФ №2140501 от 27.10.99.' Опорный узел металлодеревянного шпренгельного прогона. Е 04 С 3/02. Бюл. 30.

11. И.Справочник проектировщика. Расчетно-теоретический, под редакцией А. А. Уманского. Книга 1. М., Стройиздат, 1972 с.381.

12. Рекомендации по испытанию соединений деревянных конструкций. ЦНИИСК им. В .А. Кучеренко. М., Стройиздат, 1980 - 40 с.

13. Рекомендации по испытанию деревянных конструкций. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. М., Стройиздат, 1976 - 28 с.

14. Леонтьев Н.Л. Техника испытаний древесины. Изд-во "Лесная промышленность", 1970 160 с.

15. Ренский А.Б., Баранов Д.С., Макаров Р. А. Тензометрирование строительных конструкций и материалов. М., Стройиздат, 1977- 239 с.

16. Клеи и технология склеивания. Материалы конференции МДНТП, М., 1967.

17. Пучкин Б.И. Приклеиваемые тензодатчики сопротивления. М. Л., "Энергия", 1966.

18. Наука и язык. Научно-информационный журнал на татарском языке, 1/1999, с.

19. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии/ Госстрой СССР.- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986- 48 с.

20. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия/ Госстрой СССР.- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988-28 с.25 .Зубарев Г.Н. Конструкции из дерева и пластмасс. Учеб. пособие для студентов вузов. 2-е издание, перераб. и доп.- М.: Высшая школа, 1990- 287 с.

21. Корчинский И.Л. Натурные испытания строительных конструкций. М.,

22. Изд-во строит, и арх., 1951- 154 с.

23. Почтовик Г.Я. и др. Методы и средства испытания строительных конструкций. Учеб. пособие для строительных специальностей вузов. Под ред. д.т.н., проф. Нилендера Ю.А. М.: Высшая школа, 1973- 158 с.

24. Иванов В.А., Клименко В.З. Конструкции из дерева и пластмасс. Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1983- 279 с.

25. Испытание строительных конструкций и сооружений. Изд. 3-е, перераб. и доп. М., Госстройиздат, 1954- 507 с.

26. Долидзе Д.Е. Испытание конструкций и сооружений. Учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1975- 252 с.

27. Золотухин Ю.Д. Испытание строительных конструкций. Учеб. пособие для вузов. Минск: Вышэйш. шк., 1983- 208 с.32.3убарев Г.Н., Лялин И.М. Конструкции из дерева и пластмасс. Учеб. пособие для студентов вузов. М.: Высшая школа, 1980- 311 с.

28. Прокофьев А.С. Конструкции из дерева и пластмасс: Общий курс: Учебник. М.: Стройиздат, 1996- 218 с.

29. СНиП 3.04.03-85. Защита строительных конструкций от коррозии/ Госстрой СССР.- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986- 32 с.

30. Deutsche Bauzeiting, 2/1968- p.l 13.

31. Baumeister, 7/1968- p.776.

32. Architectural Review, Jan. 1970.

33. Plywood world, 4/1970- p.12.39.0трешенко А.И. Справочник проектировщика. Деревянные конструкции. М., Государственное изд-во литературы по строительству и архитектуре, 1957- с. 69-70.

34. Иванов В.Ф. Конструкции из дерева и пластмасс. Учебник для вузов. Л., Стройиздат, 1966- с. 149-151.

35. Перемыгин Л.М. Древесиноведение. Изд. 2-е, перераб. и доп. доц.

36. Уголевым Б.Н. М., Изд-во "Лесная промышленность", 1969- 318 с.

37. Уголев Б.Н. Испытание древесины и древесных материалов. Учебное пособие для вузов. М., Изд-во "Лесная промышленность", 1965.

38. Справочник по общестроительным работам. Деревянные конструкции и детали. Под ред. В.М. Хрулева. М., Стройиздат, 1975 с. 16-17.

39. Конструкции из дерева и пластмасс. Примеры расчета и конструирования: Учебн. пособие для вузов/ Под редакцией проф. Иванова В.А. 3-е изд., перераб. и доп.- Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1981- с. 10.

40. Деревянные конструкции. Издание 3-е, перераб. и доп. Под ред. д.т.н., проф. Карлсена Г.Г., М., 1962- 644 с.

41. Кочетков Д.А. Деревянные конструкции. Изд-во коммунального хозяйства, 1950.

42. Коршун Л.И. К приближенному расчету статически неопределимых трехпанельных шпренгельных балок. Сборник научных работ. Выпуск 76. Строительная механика. Минск, 1959- с.155-158.

43. Ржаницын А.Р. Представление сплошного изотропного тела в виде шарнирно-стержневой системы. Исследования по вопросам строительной механики и теории пластичности. Сб. статей. ЦНИПС 1956.

44. Длугач М.И. Метод сеток в смешанной плоской задаче теории упругости. Наукова думка, 1964.

45. Старостин С.М. Об одной аналогии в строительной механике. Научно-технический информ. бюллетень. №4. Гидротехника. ЛИИ, 1960.

46. Смирнов А.С. Об одной аналогии в механики сплошных и дискретных сред. Труды Московского института инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии. Вып.49,1964.

47. Шарапан И.А. Об условиях моделирования сплошной среды шарнирно-стержневой системой. Механика стержневых систем и сплошных сред. Тр.1. ЛИСИ. Вып. 49, 1966.

48. Шарапан И.А. О применении шарнирно-стержневых систем в качестве моделей сплошных сред. Строительное проектирование пром. предприятий. Инф. вып. Госстрой СССР. Главпромстройпроект. Серия 1. №3, 1968.

49. Шарапан И.А. Об одной шарнирно-стержневой модели сплошной среды. Доклады XXVIII научной конф. ЛИСИ, 1969.

50. Hrennikoff A. Solution of problms of elasticity by the framework method. Journal of Applied Mechanics. ASCE, New York,vol. 63, Dec, 1941.

51. Rozsa M.A. Hajlitott tartoracsok differencialegyeletei. Magyar tud. akad. musz. tud. oszt. kozl. 1954, 13, № 1-4.

52. Абрам З.П., Тесленко Г.В., Тихонов M.C. Шпренгельный складной прогон. ЦИОНТ ПИК ВИНИТИ №33- с. 155-158.

53. Калинин А.А. Предварительное напряжение и усиление конструкций зданий и сооружений: Учеб. пособие.- Волгоград: ВолгИСИ, 1994- 79 с.

54. А.С. 1067167 СССР, кл. Е 04 С 3/08. Шпренгельная несущая конструкция/ А.А. Калинин и др. Опубл. 1984, Бюл. №2.

55. А.с. 1117385 СССР, кл. Е 04 С 3/10. Шпренгельная конструкция/ А.А. Калинин и др. Опубл. 1984, Бюл. №37.

56. Юст Э.Э. Применение клееной древесины в металлодеревянных конструкциях в сельском строительстве. В кн. Тонкостенные и пространственные конструкции покрытий зданий. Таллин, 1986- с. 97-98.

57. Алявдин П.В., Гариб Мохамед, Щербак С.Б. Оптимальное проектирование строительных конструкций при малых и больших перемещениях. В кн. Актуальные проблемы оптимизации конструкций.' Суздаль- Владимир- 1990- с. 5.

58. Алявдин П.В., Гариб Мохамед. Определение несущей способности конструкции с учетом изменения ее формы. Известия вузов, 1990. №8. с.114-117.

59. Яресько В.Ф., Кашеварова Г.Г., Зуева И.И. Решение задачи оптимального проектирования шпренгельных балок. В кн. Оптимальные металлические конструкции. Свердловск, 1990- с. 52-53.

60. Чантурия М.А., Мелошвили Ю.К., Тархнишвили В.А., Ткешелашвили О.А. Экспериментальное исследование трехшарнирной металлической шпренгельной фермы. Известия вузов. Строительство и архитектура. 1988, №4-с. 126-128.

61. Дмитриев П.А., Инжутов И.С., Стрижаков Ю.Д. Пространственные совмещенные блок-фермы на основе древесины для покрытий зданий. Известия вузов. Строительство и архитектура. 1987, №11- с. 22-27.

62. Трофимович В.В., Семенов А.А. Оптимизация стержневых металлических конструкций с учетом требований второй группы предельных состояний. Известия вузов. Строительство и архитектура. 1986, №9- с. 9-13.

63. Молев И.В., Молева Р.И. Опыт применения блочно- шпренгельных покрытий в сельскохозяйственных зданиях. В кн. Облегченные металлические и деревянные конструкции: Межвузовский сборник.- Казань: КХТИ, 1988- с. 20-25.

64. Стрелецкий Н.С. Избранные труды. Под ред. Е.И. Беленя. М., Стройиздат, 1975- с. 48-75.

65. Стрелецкий Н.С. Новые идеи и возможности в металлических промышленных конструкциях. M-JL, Госстройиздат, 1934.

66. Николаи Л.Ф. Мосты. Изд. ин-та инж. путей сообщения, Спб, 1901.

67. Трофимович В.В., Пермяков В.А. Оптимальное проектирование металлических конструкций. Киев: Буд1вельник, 1981- 136 с.

68. Салимов А.Ф. Боковая устойчивость поясов решетчатых арок. Аврореф. на со иск. учен, степени канд. техн. наук.

69. Беленя Е.И. Металлические конструкции. Учебник для вузов.

70. Тихонов М.С., Тесля-Тесленко Г.В., Лившиц Л.С. Авторское свидетельство СССР №637508, кл. Е 04 СЗ/08. Складная шпренгельная балка. 15.12.78, бюл. №46.

71. А.С. СССР №383815, кл. Е 04 В 7/18,1970.

72. А.С. СССР №499389, кл. Е 04 С 3/08, 15.01.76.

73. Трофимович В.В., Пермяков В.А. Оптимизация металлических конструкций. Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1983- 200 с.

74. Бакиев М.В. Оптимизация плоских сквозных стальных конструкций покрытий производственных зданий. Автореферат дисс. на соискание уч. ст. канд. техн. наук, Москва, 1980.

75. Сафин Р.К. Оптимальный расчет стальных статически неопределимых ферм с учетом пластических деформаций. Автореферат дисс. на соискание уч. ст. канд. техн. наук, Ленинград, 1967.

76. Борисов В.П. Исследование свойств статически неопределимых ферм наименьшего объема. В кн. Строительная механика. Сборник трудов. Ленинград, 1975.

77. Радциг Ю.А. Статически неопределимые фермы наименьшего веса. Изд-во Казанского университета, 1969.

78. Рабинович И.М. К теории статически неопределимых ферм. Трансжелдориздат. М., 1933.

79. Радциг Ю.А. К теории статически неопределимых ферм по методу наименьшего объема. Труды Казанского авиаинститута, вып. 25, 1957.

80. Радциг Ю.А. Статически неопределимые ферм наименьшего объема. Труды Казанского авиаинститута, вып. 51, 1960

81. Сафин Р.К. К вопросу о проектировании ферм с минимальной теоретической массой. В кн. Исследование, расчет и испытание пространственных металлических конструкций (Сборник трудов). Ленинград, 1975 г.- с. 46-55.

82. Борисов В.П. Расчет статически неопределимых ферм наименьшего объема на временные загружения. Труды КИСИ, вып. XIII. Строительные конструкции и теория сооружений. Казань, 1971 г.- с. 136-148.

83. Виноградов А.И. К вопросу о расчете статически неопределимых ферм. Труды ХИИТа, вып. XXVIII, Трансжелдориздат. М., 1958.93 .Коршунов А.И. О наименьшем весе ферм. Труды КИСИ, вып. X. Строительная механика. Казань, 1967 г.- с. 71-78.

84. Гирфанов И.С. Экспериментально-теоретическое исследование работы статически неопределимых ферм оптимального объема. Автореферат дисс. на соискание уч. ст. канд. техн. наук, Ленинград, 1964.