автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Совершенствование плитно-структурных металлодеревянных конструкций

На правах рукописи

МОСКАЛЕВ Михаил Борисович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПЛИТНО-СТРУКТУРНЫХ МЕТАЛЛОДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 6 МАЙ 2011

Санкт-Петербург 2011

4848166

Работа выполнена на кафедре конструкций из дерева и пластмасс ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

доктор технических наук, профессор | Михайлов Борис Кузьмич ( доктор технических наук, профессор Лабудин Борис Васильевич (Северный (Арктический) федеральный университет), г. Архангельск;

кандидат технических наук, доцент Корзон Сергей Александрович (Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет)

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Санкт-Петербургская

государственная лесотехническая академия им. С. М. Кирова»

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Защита состоится 2 июня 2011 г. в 14.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.223.03 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190005, г. Санкт-Петербург, 2-ая Красноармейская ул., д.4, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан «2. Р » апреля 2011г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор Л.Н. Кондратьева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Плитно-структурные металлодеревянные конструкции (ПСК) обладают целым рядом преимуществ по сравнению с другими. Это позволяет их использовать при перекрытии больших и средних пролетов. Однако в настоящее время применение таких комбинированных конструкций ограничено и обусловлено недостаточной изученностью новых материалов, узлов и схем.

Одним из направлений совершенствования плитно-структурных конструкций является создание конструкций с регулируемым напряженно-деформированным состоянием (НДС), требующее специальных исследований по управлению напряженно-деформированным состоянием металлодеревян-ных ПСК, проведение которых является актуальной задачей.

Цель исследования: Совершенствование металлодеревянных плитно-структурных конструкций с регулированием напряженно-деформированного состояния в процессе проектирования, создания и эксплуатации.

Для достижения поставленной цели определены задачи: выполнить системный анализ существующих металлодеревянных конструкций в контексте проблемы повышения эффективности использования древесины и металла; разработать методику инженерного расчета металлодеревянных конструкций с регулируемыми напряжениями; усовершенствовать узловые соединения элементов ПСК, обеспечивающие минимальную податливость стыков поясов и решетки; выполнить теоретические исследования напряженно-деформированного состояния конструкции с учетом регулирования усилий; оценить влияние влажности, температуры, податливости узлов на напряженно-деформированное состояние металлодеревянных конструкций; провести экспериментальные исследования и оценить несущую способность и деформативность металлодеревянных ПСК с регулируемыми усилиями в затяжках; разработать рекомендации по использованию большепролетных ПСК для трансформируемых крыш (покрытий).

Научную новизну составляют и выносятся на защиту:

• результаты исследования влияния регулирования усилий в затяжках для уменьшения материалоемкости металлодеревянной ПСК;

• конструкция безмоментного узлового соединения нижнего поясаПСК с раскосами (заявка № 2011105728 от 15.02.2011);

• выбор рационального расположения затяжек в металлодеревянных ПСК в зависимости от условий их опирания;

• методика определения напряженно-деформированного состояния металлодеревянной ПСК при регулировании усилий;

• результаты экспериментальных исследований НДС в ПСК при регулировании усилий в затяжках;

• результаты исследования влияния влажности, температуры и податливости узлов на предельное состояние металлодеревянных конструкций;

Объектом исследования являются металлодеревянные плитно-струк-турные конструкции с регулированием усилий в затяжках.

Научная гипотеза: регулирование напряженно-деформируемого состояния в металлодеревянных ПСК позволит уменьшить величину усилий в элементах и снизить материалоёмкость при сохранении эксплуатационной надежности конструкции.

Практическое значение работы: металлодеревянные ПСК с регулированием (управлением) НДС могут быть использованы в конструкциях трансформируемых покрытий зданий и сооружений.

Достоверность результатов обеспечивается использованием классических гипотез и допущений в строительной механике; методикой экспериментальных исследований; численных экспериментов с использованием стандартных программ; приемлемой сходимостью результатов эксперимента и теоретических исследований.

Апробация работы. Основные результаты докладывались на 65-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета (СПбГАСУ, 2008 год), на 61-й Международной научно-технической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы современного строительства» (Санкт-Петербург, 2008 год), на международном симпозиуме «Современные металлические и деревянные конструкции (нормирование, проектирование и строительство)» (Брест, 2009 год), на 63-й Международной научно-технической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы современного строительства» (Санкт-Петербург, 2010год), на «67-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета» (СПбГАСУ, 2010 год), на «68-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета» (СПбГАСУ, 2011 год), на Ш и IV съездах-конгрессах Ассоциации деревянного домостроения (СПбГАСУ, 2010-2011 гг.).

Объем и структура. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 119 наименований и приложения. Общий объем 147 страниц текста, 74 рисунка, 12 таблиц.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 6 печатных работах, в том числе 2 в журналах, входящих в перечень ВАК.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность темы диссертации, сформулированы цели и поставлены задачи исследования. Отмечены научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе выполнен обзор современного состояния и перспективы развития металлодеревянных плитно-структурных конструкций, намечены пути их совершенствования в направлении создания металлодеревянных регулируемых конструкций для зданий различного назначения.

Анализ современного состояния металлодеревянных ПСК с регулируемыми усилиями велся по двум основным направлениям: анализ существующих металлодеревянных ПСК и конструкций с управляемым НДС.

Отмечается вклад в развитие теории расчета и практики применения пространственных конструкций зданий и сооружений отечественных и зарубежных ученых: Н.П. Абовский., С.А. Амбарцумян, В.З. Власов, А.С. Городецкий, Ю.А. Елисеев, М.П. Забродин, В.А. Игнатьев, В.П. Ильин, И.С. Ин-жутов, В.И. Колчунов, JI.H. Кондратьева, В.А. Лебедев, Л.Н. Лубо А.М. Масленников, А.П, Морозов, Б.К, Михайлов, Х.М. Муштари, В.В. Новожилов, Д.Т. Райт, С.П. Тимошенко, В.И. Травуш, В.И. Трофимов, А.П. Филин, Р.И. Хисамов, В.В. Шугаев, Е. Dischinger, В. Fuller, F. Lederer, Z. Makowski, E. Reissner, LeRicolier и др.

Пространственные деревянные конструкции и методы их расчета получили развитие в 30-х годах прошлого столетия и успешно развиваются, реализуя на практике покрытия до 200 и более метров. В этом направлении работали П.А. Дмитриев, Ф.Ф. Гаянов, И.М. Гринь, В.Ф.Иванов, М.Е. Каган, М.Ф. Ковальчук, А.Г. Кондаков, Г.В. Кривцова, Б.В. Лабудин, С.А. Малбиев, К.П. Пятикрестовский, К.И. Рузиев, Г.В. Свеницкий, Е.И. Светозарова,

E.Н. Серов, Ю.В. Слицкоухов, А.В. Турюов, С.Б. Турковский, Я.Ф. Хлебной и др.

Решетчатые конструкции являются распространенным видом пространственных систем, их можно разделить на перекрестно-стержневые конструкции и сетчатые оболочки. Конструктивные решения металлодеревянных ПСК можно условно объединить в две группы: конструкции типа СибЗНИИЭП и ЦНИИСК им. Кучеренко и ЦНИИПромзданий.

Первый тип стержневых конструкций образуют плиты из элементов на ячейку. Во втором типе стержневых конструкций продольные элементы верхней и нижней сеток по длине равны половине пролета, а остальные элементы размером на ячейку. В нашей стране конструкции с управляемым НДС (управляемые конструкции) известны по работам Н.П. Абовского, И.С. Инжу-това, Л.В. Енджиевского, В.И. Жаданова и других.

Значимость обозначенной проблемы подтверждает создание в августе 1994 в г. Пасадена (Калифорния, США) международной ассоциации по управляемым конструкциям (IASC - International Association for Structural Control), первым президентом который был профессор George W. Housner. IASC охватывает широкий круг проблем развития строительных и нестроительных конструкций, а также проблемы образования. В Европе создана ассоциация по управляемым конструкциям с центром в Италии (президент профессор

F. Casciati) и издается журнал Journal of Structural Control.

Основные работы проводились в области металлоконструкций; исследования в области металлодеревянных ПСК с управляемым НДС отсутствуют, поэтому проведение исследований в области создания металлодеревянных ПСК с регулируемым НДС являются актуальными.

Во второй главе приведены результаты теоретических исследований влияния дополнительного усилия на НДС ПСК с использованием континуальной расчетной схемы и метода конечных элементов в программе Lira 9.6. Предлагается конструкция безмоментного узлового соединения, позволяющая избежать обмятие древесины в сопряжениях.

В работе представлено несколько способов расчета металлодеревянной ПСК с учетом дополнительных усилий от затяжек. Оцениваются дополнительные напряжения от усилий в затяжках, что позволяет регулировать НДС плит-но-структурной конструкции. На основе варьирования выбирается наиболее рациональное расположение затяжек при различных условиях опирания металлодеревянной ПСК. Разрабатывается новое узловое соединение, позволяющие уменьшить отрицательный эффект от обмятая древесины в узлах. Выполняются расчеты и производится оценка влияния меняющихся эксплуатационных факторов в реальном диапазоне: влажности, температуры, податливости узлов и реологических свойств древесины на напряженно-деформированное состояние металлодеревянных конструкций. Конструктивная схема ПСК приведена на рис. 1,2.

В расчете ПСК с помощью континуальной расчетной схемы применяем приближенный инженерный метод расчета, основанный на представлении шарнирно-стержневой системы как континуальной расчетной модели в виде сплошной плиты. При этом граничные условия, нагрузка и упругие характеристики материалов приняты эквивалентными плитно-структурной конструкции. Ошибка в усилиях по сравнению с расчетом структуры как шарнирно-стержневой системы обычно не превышает 15-20 % и может быть доведена до 5-10 % при учете работы плиты на сдвиг, что нашло свое отражение в работах С.П. Тимошенко.

Предварительный расчет на изгиб структурных плит с малой относительной высотой (М,=1/20...1/17) производится в соответствии с классической теорией изгиба плит без учета влияния сдвига на прогибы (гипотеза прямой нормали). Расчет сводится к решению дифференциального уравнения с учетом граничных условий на каждой кромке плиты:

, 8aw 54w _ q(x,y)

где w - прогиб; q(xy) - распределенная нагрузка; £>пр - цилиндрическая жесткость на изгиб: D —к.Е FSta2a; к, =---; Е ,F - модуль упругости

пР'«в 1 \ ев

2(1 + «,)

и площадь стержней верхнего пояса; S - длина панели пояса; а - угол между раскосами и плоскостью нижнего пояса; и, - коэффициент, учитывающий материал верхнего и нижнего пояса структуры:

Ен^я - модуль упругости и площадь сечения нижнего пояса; £ - коэффици-

2Л

*У"Р

ент, учитывающий степень работы структуры на кручение: 4 - Ц + „

пр

ц - коэффициент Пуассона; жесткость на кручение. Представим прогибы в виде:

ус = С[у( 16*-24а2х2 + 5а4) + 8(16у -24 ¿У + 5б4)] + сА^с««— +

" а

_ , 7ШХ ялу „ , ппу ппх & ^ , кпх ппу (3)

п=1 о й „=1 а а „^ 1 о о

где с =--соотношение сторон плиты; для квадратной плиты

384^(7 + 5)

Р /

5 = 1; а, Ь - стороны плиты, для квадратной плиты а = Ь; у = —Е.1. -

жесткость несущих пластину балок при изгибе, при £,/, = 0 приходим к пластине опертой в вершинах; Ап, Вп, Сп, Бп - неизвестные постоянные; п = 1,3, 5 ....

После дифференцирования выражения (3) получено выражение для момента и поперечной силы. Для принятых граничных условий по методу Б. Г. Галеркина определяются постоянные А^ В^ С, £>п.

На основе общей теории расчета ДК с учетом податливости узловых соединений, разработанной Б.В. Лабудиным, были произведены расчеты податливости меташюдеревянной ПСК.

Выражение для продольных усилий N имеет вид:

N = -а2 (4)

где (3,, - коэффициент, зависящий от формы, упругих постоянных, размеров панели ПСК.

Усилия в стержнях поясов с учетом усилий в затяжках:

—пояс О 2 I3/

н

где Ик - высота консоли, Ип - высота структуры; ¿V - усилие в затяжке.

Здесь, выражение для усилий в поясах состоит из двух слагаемых. Первое слагаемое - это усилие от затяжки, а второе - усилие от действия вертикальной нагрузки. Чем меньше сумма этих двух слагаемых, тем меньше будет суммарное усилие в элементе. Однако в разных элементах структуры коэффи-

циенты а; и у будут разными, и, соответственно, однозначно подобрать требуемое усилие в затяжке достаточно сложно.

Для регулирования усилий в стержнях структуры введем безразмерный параметр рг Тогда можно задаться г\ и подобрать усилие в затяжке так, чтобы в данном элементе полное усилие изменилось на параметр г|. Таким образом усилие в затяжке будет:

=±((Л±1)Р,а19а2) + (Р1У1 у(А*+у)-1) (6)

Как видно из формулы (5), усилия в затяжке создают дополнительные сжимающие усилия в структуре, а также выгибают структуру вверх. Обратный изгиб структуры будет тем больше, чем больше длина консоли. Применение консоли позволяет увеличить разгружающий эффект от затяжек. Другим следствием является то, что усилия в нижнем поясе под влиянием затяжки будут изменяться больше, чем в верхнем поясе.

Рассмотрены две принципиальные схемы расположения затяжек в структуре: затяжки по контуру (см. рис. 1), применение которых рационально при опоре структуры в углах; затяжки, расположенные в двух направлениях вдоль всех элементов нижнего пояса (см. рис. 2), применение которых рационально при опирании структуры на опоры, расположенные вдоль контура.

\Х

\

,Л/3

/ \

Из

N з

N з

N з

N з

N 3

/ \

N 3

Л/3

\

Г 1

Л/3

Л/3

/ '

л/з

V

Л/3

\

Л/3

/

Г -! 1 _1

1"

1

1"

1

Л/з

N э

N з

<

А/з

N з

Рис. 1. Схема с ортогонально-расположенными затяжками в каждом элементе

нижнего пояса

Площадь сечения стержней выбирается в зависимости от N. После изменения усилий в стержнях, повторно определяются усилия в них и корректируется сечение. Регулирование усилий производится динамометрическим ключом, в соответствии с СТП 006-97.

Для расчета конструкций любого типа с использованием метода конечных элементов, применяем программные комплексы для расчета НДС ПСК с

учетом дополнительных усилий. Аналитический метод используется для контроля правильности нахождения НДС в характерных точках. Для этого провели численный эксперимент при помощи программного комплекса Lira 9.6.

АХ

N з

N з

Л/з

-Л/3

Рис. 2. Схема установки с затяжками по контуру

Блок-схема расчета представлена на рис. 3.

Расчетная схема конструкции представлена как стержневая система, в которой стержни моделируются универсальным пространственным стержневым КЭ. Для учета осевой податливости узловых соединений можно воспользоваться общим выражением:

N =С,- А, ± С-А, ± С-Л, ±...± С -А .

1 ! 2 2 3 3 п п

Для упругой стадии можно воспользоваться только первым членом С = Л/Л,,

где Л,, А2...Дл - коэффициенты линейной податливости узлов, С,, Сг..Сп -коэффициенты линейной податливости узлов.

В качестве примера исследовали структуру, размером в плане 32x32 м, высотой 1,6 м, загруженную снеговой нагрузкой для Санкт-Петербурга. Элементы нижнего пояса приняты из стали круглого сечения диаметром 60 мм, раскосы из фанерных труб Ф-1 наружным диаметром 320 мм, толщиной стенки 13 мм. Верхний пояс принят из сосны II сорта сечением 250*250 мм и из фанерных труб Ф-1 наружным диаметром 320 мм, толщиной стенки 13 мм.

Регулирование напряженного состояния выполняется при помощи затяжек по контуру. Затяжки прикрепляются к структуре через консоли. Усилие в затяжках по контуру регулируется ступенчато: 6, 8,16,32 тонны. Схема приложения нагрузки для создания усилий в затяжках показана на рис. 2.

По результатам обработки численного эксперимента получены графики зависимостей максимальных усилий в верхнем поясе, в раскосах и в нижнем поясе структуры от усилий в затяжках (рис. 4).

Построение исходной конечно-элементной модели ПСК с заданием жесткостей элементов и нагрузок

V

Рис. 3. Блок-схема расчета металлодеревянной ПСК с регулируемыми усилиями в МКЭ

Из графиков видно, что в результате действия усилий в затяжках происходит уменьшение максимальных усилий в структуре. Из сравнения графиков следует, что больше всего уменьшаются усилия в нижнем поясе структуры. Это является следствием упругих свойств решетки структуры, которые частично компенсируют дополнительные усилия от затяжек.

В металлодеревянных ПСК в узловых элементах возможно возникновение «обмятия» древесины. Древесина хорошо работает на осевые усилия и плохо работает на усилия, направленные поперек волокон. В частности, прочность древесины на сжатие вдоль и поперек волокон различается почти в 8 раз (СНиП П-25-80). Известно много случаев на практике, когда неправильная конструкция соединительного узла приводит к возникновению трещин в соединяемых элементах.

Усилие 8 затяжках, т

Схемы узлов ПСК приведены на рис. 5,6.

1-Верхний пояс —2-Расяосы з-Нижний пояс

4. Графики зависимостей максимальных усилий в элементах структуры при изменении усилий в затяжках

Рис.

Рис 5. Схема шарнирного узла сопряжения металлического нижнего пояса

и деревянных раскосов в ПСК: а - вид сверху узлового соединения; б - разрез 1-1 узлового соединения: 1 - узловой элемент сферической формы; 2, 6 - шайбы сферической формы; 3 - наконечники в виде обойм для стержневых элементов раскосов; 4 - соединители, передающие усилия от раскосов к несущему узловому элементу; 5 - раскосы металлодеревянной ПСК; 7 - металлический элемент пояса; 8, 9 - конические отверстия, допускающие поворот элементов раскосов вокруг центра узлового элемента.

Рис 6. Опорный узел в ПСК

Для устранения этих недостатков, предлагается шарнирный узел для соединения деревянных и металлических элементов, взамен существующих жестких узлов металлодеревянных ПСК, который по статической схеме принимается «идеальным» шарниром, исключая, таким образом, обмятие в деревянных элементах (см. рис. 5). Применение подобного узла рационально также при соединении деревянных элементов верхнего пояса и деревянных элементов решетки раскосов металлодеревянных ПСК.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований опытной ПСК с целью проверки теоретических выводов о возможности уменьшения максимальных усилий в элементах металлодеревянной ПСК путем регулирования усилий при помощи затяжек. Схема и общий вид опытной ПСК даны на рис. 7, 8.

Опытная ПСК в виде ребристой плит была выполнена в 1/20 натуральной величины, имела пролёт 1525x1525 мм и высоту 84 мм. Соотношение высоты к пролету составило 1/20, а отношение пролета к ширине равно 1:1.

После приложения нагрузки, моделирующей снеговое воздействие, к опытной конструкции была приложена дополнительная нагрузка посредством тяжей, в результате изменилось НДС опытной ПСК (рис. 9,10).

Грузы, подвешенные через блоки, создают усилия в тяжах. Всего использовалось 8 блоков. Усилие натяжения изменялось пошагово с измерением значений на каждом этапе нагружения, что соответствует математической модели расчета. Величина ступеней приложения нагрузки на тяжи составляла 10 кг. Величины перемещений и краевых деформаций в опытной ПСК фиксировались при помощи прогибомеров и тензорезисторов.

Для крепления пГ=Геров: шпилька08

толщиной 4 мм |;

усилить косынкой

^ири по 10 кг

Уголок 50x5x5 1=100

шпилька 08 I______

ЕЬ|.......

- 100x100x4 : Швеллер № Ш : : : Сварка

трос (

подвеска на проволоке

Два ряда гарь по 5 кг

Рис. 7. Схема экспериментальной установки

Рис. 8. Экспериментальная установка в сборе

Усилие в затяжках, кг

-в—Экспериментальные данные «-«—Теоретические данные

Рис. 9. График изменения максимальных напряжений в центре нижней поверхности опытной ПСК от усилий в затяжке

О ;.....................................................................................................................................................-............—..............-.......-......

-2 10.............20 .....30.......- 40...........50-......60............-70.......--80-.........90 ......ИХ)

Усилив в затяжках, кг

—♦—Теоретические данные

—«—Экспериментальные данные —♦— Теоретические данные

Рис. 10. График изменения максимальных напряжений в центре верхней поверхности опытной ПСК от усилий в затяжке

Результаты измерений максимальных напряжений приведены в табл. 1. По результатам обработки результатов экспериментальных данных и теоретических расчетов были построены графики зависимости напряжений в опытной модели от усилий в затяжках, приведенные на рис. 9,10.

Таблица 1

Максимальные напряжения в опытной ПСК от усилий в затяжке

Усилия в затяжке, кг Напряжения в центре нижнего пояса, кг/см2 Напряжения в центре верхнего пояса, кг/см2

Экспериментальные Теоретические Экспериментальные Теоретические

0 42 35 -22 -26

10 30 30 -20 -25

20 36 28 -19 -24

30 34 27 -18 -23

40 31 26 -17 -22

50 30 24 -17 -21

60 27 23 -16 -20

70 25 22 -15 -19

80 24 20 -14 -18

90 23 19 -13 -17

100 22 18 -13 -16

Примечание. Модуль упругости древесины Ео= 1,2-104 МПа (120 ООО кг/см2).

Анализ результатов показал, что под влиянием усилий в затяжках происходит изменение НДС. Как видно из графиков в опытной конструкции при увеличении усилий в затяжках, напряжения сжатия в элементах верхнего пояса уменьшаются на 35 %, усилия растяжения в нижнем поясе уменьшаются на 48 %. Наблюдается совпадение экспериментальных и теоретических результатов. Максимальное расхождение результатов составляет 5...20 %. Таким образом, подтверждается гипотеза об уменьшении максимальных усилий в металлодеревянной ПСК при увеличении дополнительных усилий в затяжках.

В четвертой главе приведены рекомендации по практическому применению металлодеревянных ПСК с регулируемыми усилиями в затяжках.

Основной задачей регулирования напряженно-деформированного состояния является снижение максимальных усилий в ПСК, и, соответственно, затяжки надо ставить там, где усилия в структуре максимальны. В случае опира-ния структуры в углах на 4 точки затяжки целесообразно ставить по контуру, а в при опирании структуры по контуру - затяжки следует располагать вдоль и поперек структуры ортогонально.

Практическое применение металлодеревянной ПСК с регулируемыми усилиями в затяжках целесообразно в конструкции покрытия стадиона. На практике известны раздвижные и тентовые трансформируемые крыши стадионов. Основным недостатком этих крыш является то, что для них необходим дорогостоящий рельсовый путь и его содержание. Вся конструкция в итоге становится тяжелой, громоздкой и дорогостоящей.

Недостатком тентовых покрытий является то, что их применение ограничивается южными районами, т. е. с относительно небольшой величиной снеговой нагрузки. В данной работе предлагается новый вариант трансформируемой крыши, которая позволяет избежать этих недостатков (рис. 11).

Конструкция покрытия состоит из отдельных отсеков, каждый из которых представляет собой металлодеревянную структуру, опирающуюся двумя угловыми опорами на шарнир, а другими угловыми опорами на оттяжки. По нижнему поясу идут металлические тяжи, в которых создаются усилия, разгружающие структуру. Размер каждого блока принят 32x32 метра, но возможно применение блоков и большего размера. В горизонтальном положении натяжение тяжей создает разгружающее усилие, уменьшающее усилия в элементах структуры. В вертикальном положении, когда вся структура работает на сжатие, усилия в металлических тяжах полностью убираются, и структура по статической схеме представляет собой двухветвевую колонну, работающую только под действием собственного веса.

Подсчитаем влияние регулирования напряжений на технико-экономические показатели ПСК. Для примера возьмем структуру размером 32><32 м. Выполним расчет двух вариантов данной ПСК: с регулированием усилий при помощи затяжек, и без регулирования усилий. Выполним подбор сечения элементов в двух вариантах, и сравним их материалоёмкость. Результаты сравнения представлены в табл. 2.

Таблица 2

Сравнение показателей ПСК 32x32 м с регулированием усилий в затяжках с аналогичной ПСК, но без регулирования усилий с помощью затяжек

Наименование материала Экономия материала в регулируемой ПСК, в%

Металл 38.29

Древесина 28.00

Фанерные трубы 16.67

Проектирование ПСК с регулируемыми усилиями в затяжках рекомендуется осуществлять в следующей последовательности:

1. Произвести предварительный статический расчет конструкции. Выявить участки с максимальными усилиями. Например, при опирании структурной плиты по контуру, максимальные усилия будут в центре, а при опирании в угловых точках, максимальные усилия будут по контуру (см. рис. 4).

2. В соответствии со статическим расчетом ПСК разместить дополнительные связи (затяжки) в уровне нижнего пояса в зависимости от условий опирания ПСК.

3. Выполнить расчет напряженно-деформированного состояния ПСК с учетом измененных усилий в затяжках. Для этого задать несколько значений усилий в затяжках. Как правило, начальные усилия задаются такими, чтобы снизить на 30-40 % усилия в соответствующих элементах струюуры.

4. Определить сечения всех элементов решетки с учетом измененных усилий в них.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Предложены научно обоснованные технические решения по совершенствованию металлодеревянных ПСК путем регулирования напряженно-деформированного состояния в процессе проектирования, создания и эксплуатации конструкции. Регулирование и равномерное распределение усилий в элементах ПСК позволяет уменьшить размеры поперечного сечения элементов ПСК на 20-30 %, материалоемкость на 20-25 %.

2. Теоретически и экспериментально определены количественные значения напряжений в элементах металлодеревянных ПСК с регулируемыми усилиями в затяжках. Установлено, что наибольшее влияние усилий в затяжках происходит в нижнем поясе с уменьшением напряжений до 30-35 %, напряжения в верхнем поясе уменьшаются до 20-25 %.

3. Разработаны схемы расположения затяжек в ПСК. Рекомендуется располагать затяжки по контуру при опирании структуры в углах на 4 точки, при опирании структуры по контуру - в плоскости нижнего пояса.

4. Разработана новая конструкция трансформируемой крыши стадиона, снижена материалоемкость конструкции покрытия за счет рационального сочетания древесины и металла, регулирования напряженно-деформированного состояния в зависимости от нагрузок.

5. Уточнено решение дифференциального уравнения для структурной конструкции введением приведенной жесткости ПСК. Получены простые и удобные математические зависимости статико-геометрических параметров конструкции ПСК для применения в инженерной практике, создана методика регулирования НДС в структурной конструкции в процессе проектирования и эксплуатации.

6. Предложены технические решения узловых элементов, позволяющие осуществлять их поворот относительно друг друга, избегать работу поперек волокон и «обмятие» древесины.

7. Выполнена оценка влияния меняющихся эксплуатационных значений влажности, температуры, податливости узлов и реологических параметров древесины на напряженно-деформированное состояние металлодеревянных конструкций с регулируемыми усилиями. Для учета реологических свойств древесины и деформативности упруго-податливых соединений разработан алгоритм регулирования усилий.

8. Результаты экспериментальных и теоретических исследований подтвердили эффективность применения затяжек в элементах ПСК. Расхождение результатов экспериментальных и теоретических исследований составляет 10—15 %.

9. Разработаны рекомендации по проектированию металлодеревянных конструкций с регулируемыми усилиями в покрытиях трансформируемых большепролетных сооружений. Результаты исследований могут быть использованы в проектных организациях и НИИ при проектировании плитно-структур-ных металлодеревянных конструкций.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

По перечню ВАК:

1. Москалёв М. Б. Металлодеревянные плитно-струюурные конструкции с учетом предварительного напряжения// Вестник гражданских инженеров. - СПб, 2010.-№3.-С. 36-38.

2. Москалёв М.Б. Перспективная конструкция открывающейся крыши стадиона// Промышленное и гражданское строительство. - М.: ООО «Издательство ПГС», 2010. -№ 12. - С. 55-56.

В других изданиях:

3. Москалёв М.Б. Структурные конструкции из древесины с регулированием усилий в элементах.// Доклады 65-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета. Ч. 1,— СПб.: СПб. гос. архит.-строит. ун-т, 2008. - С. 76-77.

4. Москалёв М.Б. Современные плитно-структурные металлодеревянные конструкции // Сборник научныхтрудов международного симпозиума Современные металлические и деревянные конструк-ции (нормирование, проектирование и стро-ительство). Ч. 1.-Брест: Филиал РУП Институт БелНИИС, Научно-технический центр, 2009. - С. 201-204.

5. Москалёв М.Б. Применение металлодеревянных покрытий с регулируемыми напряжениями в затяжках в условиях меняющегося напряженно-деформированного состояния покрытия//Доклады 63-й Международной научно-технической конференции молодых ученых Актуальные проблемы современного строительства. Ч. 2. - СПб.: СПб. гос. архит.-строит. ун-т, 2010. - С. 51-53.

6. Москалёв М.Б. Расчет напряженного состояния металлодеревянных покрытия в результате регулирования напряжений.// Доклады 67-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов Университета. Ч. 1. - СПб.: СПб. гос. архит.-строит. ун-т, 2010. - С. 65-67.

Компьютерная верстка И. А. Яблоновой

Подписано к печати 26.04.11. Формат 60х84 1/16. Бум. офсетная. Усл.-печ. л. 1,2. Тираж 120 экз. Заказ 25. Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4. Отпечатано на ризографе СПбГАСУ. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.

ОГЛАВЛЕНИЕ:.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР РАБОТ ПО КОНСТРУКЦИЯМ И МЕТОДАМ РАСЧЕТА ПЛИТНО-СТРУКТУРНЫХ ПОКРЫТИЙ.

1.1 Классификация структурных и плитно-структурных (ПСК) покрытий

1.2 Обзор существующих металлодеревянных ПСК.

1.3 Методы рас чета ПСК, основанные на дискретной расчетной схеме

1.4 Методы расчета ПСК, основанные на континуальной расчетной схеме

1.5 Экспериментальные методы исследования напряженно-деформированного состояния ПСК.

1.6 Актуальность регулирования напряжений в несущих строительных конструкциях.

Выводы.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ВАРИАНТОВ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПЛИТНО-СТРУКТУРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЙ.

2.1 Расчет ПСК с помощью континуальной расчетной схемы.

2.2 Расчет ПСК по дискретной расчетной схеме.

2.3 Основные принципы образования новых конструктивных вариантов ПСК с предварительным напряжением.

2.4 Конструкции соединительных узлов для включения новых дополнительных связей.

2.5 Учет влияния температуры.

2.6 Влияние влажности.

2.7 Учет податливости узловых соединений.

2.8 Учет реологических свойств древесины.

Выводы.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛИТНО-СТРУКТУРНОЙ КОНСТРУКЦИИ НА МОДЕЛИ.

3.1 , Цели и задачи экспериментального исследования. Выбор испытываемой модели.:.

3.2 Описание опытной конструкции.

3.3 Конструкция оснастки и системы нагружения экспериментальной конструкции.

3.4 Проведение испытаний опытной ПСК.

3.5 Анализ результатов испытаний опытной ПСК.

Выводы.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ДАННЫХ РАСЧЕТА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ ИХ СРАВНИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗА. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ПРИМЕНЕНИЮ

4.1 Алгоритм расчета ПСК.

4.2 Практическое применение ПСК с регулированием напряжений.

4.3 Технико-экономическая оценка эффективности ПСК.

4.4 Рекомендации по практическому применению ПСК с регулируемыми усилиями в затяжках.

Одними из наиболее широко распространенных строительных конструкций, являются структурные конструкции, которые при ограниченном расходе материала позволяют перекрывать значительные пролеты.

В настоящее время при проектировании и строительстве нормируют и ограничивают напряжения в конструкциях. При этом напряженно-деформированное состояние (НДС) в процессе эксплуатации практически не контролируют. И лишь совсем недавно стало развиваться направление, непосредственно связанное с регулированием НДС конструкций в процессе эксплуатации. Переход к управлению деформированием конструкций открывает новые возможности для инженерного конструирования.

В 60-70-х гг. XX в были разработаны управляемые конструкции, представляющие собой деформируемые системы с переменными управляемыми параметрами. Управляемые конструкции, по сравнению с традиционными, позволяют достичь качественно новых характеристик [13]:

- снижения материалоемкости за счет рационального изменения напряженного и деформированного состояния при переменных во времени внешних воздействиях и параметрах конструкции;

- более полного использования ресурсов конструкции, повышения их эффективности особенно в тех случаях, когда традиционные способы конструирования становятся малоэффективными или технически нереализуемыми;

- предотвращения аварийных ситуаций;

- управления конструкцией в трудно доступных для человека местах;

На данный момент существует значительное количество литературы о конструкциях с регулируемым распределением усилий [11] [13] [3] [7], за границей издается специальный журнал по данной тематике, однако практически нет работ, посвященных автоматическому управлению металлодеревянными структурными конструкциями. Настоящая диссертационная работа направлена на восполнение данного пробела в научных исследованиях.

Актуальность темы. Плитно-структурные металлодеревянные конструкции (ПСК) обладают целым рядом преимуществ по сравнению с другими. Это позволяет их использовать при перекрытии больших и средних пролетов. Однако в настоящее время применение таких комбинированных конструкций ограничено и обусловлено недостаточной изученностью новых материалов, узлов и схем.

Одним из направлений совершенствования плитно-структурных конструкций является создание конструкций с регулируемым напряженно-деформированным состоянием (НДС), требующее специальных исследований по управлению напряженно-деформированным состоянием металлодеревянных ПСК, проведение которых является актуальной задачей.

Цель исследования.

Совершенствование металлодеревянных плитно-структурных конструкций с регулированием напряженно-деформированного состояния в процессе проектирования, создания и эксплуатации.

Для достижения поставленной цели определены задачи: выполнить системный анализ существующих металлодеревянных конструкций в контексте проблемы повышения эффективности использования древесины и металла; разработать методику инженерного расчета металлодеревянных конструкций с регулируемыми напряжениями; усовершенствовать узловые соединения элементов ПСК, обеспечивающие минимальную податливость стыков поясов и решетки; выполнить теоретические исследования напряженно-деформированного состояния конструкции с учетом регулирования усилий; оценить влияние влажности, температуры, податливости узлов на напряженно-деформированное состояние металлодеревянных конструкций; провести экспериментальные исследования и оценить несущую способность и деформативность металлодеревянных ПСК с регулируемыми усилиями в затяжках; разработать рекомендации по использованию большепролетных ПСК для трансформируемых крыш (покрытий).

Научную новизну составляют и выносятся на защиту:

• результаты исследования влияния регулировать усилий в затяжках для уменьшения материалоемкости металлодеревянной ПСК;

• конструкция безмоментного узлового соединения нижнего пояса ПСК с раскосами (заявка № 2011105728 от 15.02.2011);

• выбор рационального расположения затяжек в металлодеревянных ПСК в зависимости от условий их опирания;

• методика определения напряженно-деформированного состояния металлодеревянной ПСК при.регулировании усилий;

• результаты экспериментальных исследований НДС в ПСК при* регулировании усилий в затяжках;

• результаты исследования влияния влажности, температуры и податливости узлов на предельное состояние металлодеревянных конструкций;

Объектом исследования являются металлодеревянные плитно-структурные конструкции с регулированием усилий в затяжках.

Научная гипотеза: регулирование напряженно-деформируемого состояния в металлодеревянных ПСК позволит уменьшить величину усилий в элементах и снизить материалоёмкость при сохранении эксплуатационной надежности конструкции.

Практическое значение работы: металлодеревянные ПСК с регулированием (управлением) НДС могут быть использованы в конструкциях трансформируемых покрытий зданий и сооружений.

Достоверность результатов обеспечивается использованием классических гипотез и допущений в строительной механике; методикой экспериментальных исследований; численных экспериментов с использованием стандартных программ; приемлемой сходимостью результатов эксперимента и теоретических исследований.

Апробация работы. Основные результаты докладывались на 65-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета (СПбГАСУ, 2008 год), на 61-й Международной научно-технической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы современного строительства» (Санкт-Петербург, 2008 год), на международном симпозиуме «Современные металлические и деревянные конструкции (нормирование, проектирование и строительство)» (Брест, 2009 год), на 63-й Международной научно-технической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы современного строительства» (Санкт-Петербург, 2010год), на «67-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета» (СПбГАСУ, 2010 год), на «68-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных, работников, инженеров и аспирантов университета» (СПбГАСУ, 2011 год), на III и IV съездах-конгрессах Ассоциации деревянного домостроения (СПбГАСУ, 2010-2011 г.г.).

Объем и структура. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 119 наименований и 2 приложений. Общий объем 147 страниц, 74 рисунка, 12 таблиц.

Выводы

1. Изготовленная экспериментальная установка и физическая модель ПСК соответствуют принятой для испытания расчетной схеме, а работа затяжек при испытаниях соответствовала их работе в ПСК.

2. Максимальные напряжения в экспериментальной конструкции уменьшаются под влиянием усилий в затяжках.

3. При испытании экспериментальной конструкции наблюдается удовлетворительное совпадение экспериментальных результатов исследования влияния усилий в затяжках на НДС в ПСК с данными дискретной и континуальной теории. Максимальное расхождение результатов составляет 20 %.

ГЛАВА 4: РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ДАННЫХ РАСЧЕТА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ ИХ СРАВНИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗА. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ПРИМЕНЕНИЮ

4. Г Алгоритм расчета ПСК

Расчет усилий в ПСК можно вести с помощью программ Lira, АРМ. усилия в характерных точках могут быть проверены с помощью аналитического метода. Для этого решаем дифференциальное уравнение, находим усилия в л л поясах ПСК. Получаем М— a\qa , О ~ (32^/2; N= Piqa , где q - расчетная нагрузка: а, (3, и (32 — коэффициенты, зависящие от формы, упругих постоянных, размеров панели ПСК.

Расставляем затяжки в соответствии с указаниями п. 2.3, с. 75. При расстановке затяжек по схеме (рис. 2.23) выбираем коэффициент, на который мы хотим уменьшить усилия в элементе при помощи затяжек. По опыту проектирования этот коэффициент принимается в пределах от 1,2 до 1,7. По формуле (2.26) находим требуемое усилие в затяжке. Алгоритм этого расчета представлен на рис. 2.35.

В случае расстановки затяжек по схеме рис. 2.23 дальнейший расчет ведем на ПК при помощи МКЭ.

При этом в программных комплексах сначала строится конечно-элементная модель из стержневых элементов. Каждый элемент структуры представляет собой один стержневой конечный элемент. Затем задаются точки опирания. Обычно в одной из точек опирания запрещается перемещение по осям х, у, х, и поворот вокруг всех них, а в остальных точках опирания запрещается только перемещение по оси z.

Далее задаем жесткости элементов и статическую нагрузку на структуру. Расставляем затяжки в соответствии с указаниями п. 2.3. Затем к узлам структуры, в которых планируется установка дополнительных связей для регулировки напряжений, прикладываем нагрузку, эквивалентную этим дополнительным усилиям. Выполняем расчет ПСК в соответствии с алгоритмом на рис. 2.34.

После выполнения расчета анализируем получившуюся мозаику напряжений.

4.2 Практическое применение ПСК с регулированием напряжений

На данный момент в мире существует тенденция строительства стадионов с покрытиями, которые могут открываться и закрываться в зависимости от времени года и погодных условий. Эта тенденция обусловлена двумя дополнительными требованиями, которые все чаще и чаще применяются к современным футбольным стадионам. Во-первых, стадион должен обеспечивать защиту зрителей и игроков от неблагоприятных погодных условий (дождя, снега и т д.), а во-вторых должен обеспечить свободный доступ солнечного света. Солнечный свет необходим как для прорастания травы на футбольном поле, так и по эстетическим соображениям. Для удовлетворения этих двух дополнительных требований строятся и проектируются стадионы с трансформируемыми покрытиями. На рис. 4.1.-4.5 показаны некоторые стадионы мира с открывающимися крышами.

Рис. 4.2. Строящийся стадион Зенита в Санкт-Петербурге. Вместимость 62 ООО.

Крыша открыта

Рис. 4.4. Кобе Винг Стэдиум, или Хоумс Стэдиум Кобе, или Мисаки Парк Стэдиум (г. Кобе, Япония). Построен в 2001 г. Крыша открыта

Рис. 4.5. Фукуока Доум (г. Фукуока, Япония). Вместимость 35 695, год построен в

1993 г. Крыша открыта

Список основных стадионов мира с раздвигающимися крышами приведен в приложении (с. 146-147).

Итак, представленные конструкции трансформируемых крыш стадионов можно разделить на раздвижные и тентовые. Раздвижные крыши имеют недостаток в необходимости устройства дорогостоящего рельсового пути. Такая конструкция становится тяжелой и громоздкой.

Недостатком тентовых покрытий является возможность их применения только в южных районах, т.е. в местах с относительно небольшой величиной снеговой нагрузки.

В данной работе предлагается новый вариант открывающейся крыши, которая позволяит избежать этих недостатков рис. 4.6.

Крыша состоит из отдельных отсеков, каждый из которых представляет собой металлодеревянную структуру, опирающуюся одним концом на шарнир, другим - на оттяжки. По нижнему поясу предусмотрены металлические тяжи с возможностью регулирования внутренних усилий. Размер каждого блока составляет 32x32 м, но возможно применение блоков и большего размера.

В опущенном положении в тяжах создается разгружающее усилие, которое уменьшает усилия в элементах структуры. В вертикальном положении, когда вся структура работает на сжатие, металлические тяжи полностью разгружаются и структура работает только под действием собственного веса.

Растянутые элементы выполнены из металла, сжатые - из дерева. Таким образом в данной конструкции достигается наиболее полное использование свойств обоих конструкционных материалов: металла и дерева.

В предлагаемой конструкции подъем покрытия осуществляется при помощи вант. Разрез конструкции крыши в закрытом и открытом состояниях с углом наклона крыши 30° и 60° представлен на рис. 4.7 и 4.8 соответственно.

Структурный блок конструкции крыши стадиона одним концом шарнирно опирается на стойки, а другим - закреплен при помощи вант. Ванты перекинуты через вертикальные стойки, закрепленные оттяжками. Металлические тяжи представляют собой канаты, свитые из стальных проволочек со стяжной муфтой. Для удобства регулирования напряжений стяжную муфту необходимо расположить ближе к стойке. В вертикальном положении блок крыши представляет собой двухветвевую колонну, в которой наиболее актуальна потеря местной устойчивости стальных элементов. Конструкция крыши получается более легкой благодаря отсутствию рельсового пути, рациональному сочетанию металла и дерева, а также регулированию усилий [13].

Ванты

Стойки

Рис 4.6. Схема поднимающейся крыши стадиона

Рис 4.7. Разрез 1-1 крыши стадиона в закрытом положении.

Рис 4.8. Разрез 1-1 крыши стадиона в открытом положении.

87,62 л OQ о = см; А I 33,2

Рис. 4.9. Общий вид отдельного блока 32><32 м. Синим обозначены металлические элементы диаметром 65 мм, зеленым - элементы из сосны сечением 250x250 мм

Рассчитаем на местную устойчивость стальной стержень между элементами решетки.

Inp= 7tD4/64 = 87,62 см4 А = тгСг/Л = 33,2 см2; Л

10= 160 см;

А = — = 100 [97]

Для стали: ф=0,542. [96];

N 2873 т < Rvyc —— = 160 < 2400-0,95 = 2280кг! см2 <рА у 0,542-33,2

Как мы видим, местная устойчивость обеспечена, коэффициент запаса составляет 2280/160 = 14,25.

Для определения несущей способности предложенной конструкции выполнен численный эксперимент методом конечных элементов в программном комплексе Lira 9.6. Конструкция представлена как стержневая система, стержневые элементы смоделированы универсальным пространственным стержневым КЭ. Опирание задано по углам на четыре точки. Затяжки поставлены в уровне нижнего пояса. Усилие в затяжках задавалось ступенчато: 16 и 32 т.

Выполненный расчет показал уменьшение максимальных усилий в элементах конструкции кровли при создании дополнительных усилий в затяжках. В частности, максимальное усилие в элементах нижнего пояса структуры уменьшилось с 66 до 23 т (при усилиях в затяжках 32 т). Эти результаты могут быть использованы для дальнейшего совершенствования конструкции.

4.3 Технико-экономическая оценка эффективности ПСК

Подсчитаем влияние регулирования напряжений на технико-экономические показатели ПСК. Для примера возьмем структуру размером 32x32 м, рассчитанную по методике, описанной в п.4.1. Если выполнить данную ПСК без затяжек с регулируемыми усилиями, то потребуются элементы следующего сечения:

- верхний пояс: бруски 250x250 мм и фанерные трубы наружным диаметром 320 мм, и толщиной стенки 13 мм;

- раскосы - из фанерных труб наружным диаметром 320 мм, и толщиной стенки 13 мм;

- нижний пояс — из металлические прутки круглого сечения диаметром 70 мм.

В соответствии с результатами расчета, представленными в п. 2.2 корректируем сечения элементов структуры с управляемым НДС. Получаем элементы следующего сечения:

- верхний пояс: бруски 200x225 мм и фанерные трубы наружным диаметром 320 мм, толщиной стенки 13 мм;

- раскосы — из фанерных труб наружным диаметром 276 мм, и толщиной стенки 13 мм;

- нижний пояс — из металлических прутков круглого сечения диаметром 55 мм.

Технико-экономические показатели обоих вариантов приведены в табл

4.1 -4.2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложены научно обоснованные технические решения по совершенствованию металлодеревянных ПСК путем регулирования напряженно-деформированного состояния в процессе проектирования, создания и эксплуатации конструкции. Регулирование и равномерное распределение усилий в элементах ПСК позволяет уменьшить размеры поперечного сечения элементов ПСК на 2030%, материалоемкость на 20-25%.

2. Теоретически и экспериментально определены количественные значения напряжений в элементах металлодеревянных ПСК с регулируемыми усилиями в затяжках. Установлено, что наибольшее влияние усилий в затяжках происходит в нижнем поясе с уменьшением напряжений до 30-35%, напряжения в верхнем поясе уменьшаются до 20-25%^

3. Разработаны схемы расположения затяжек в ПСК. Рекомендуется располагать затяжки по контуру при опирании структуры в углах на 4 точки, при опирании структуры по контуру - в плоскости нижнего пояса.

4. Разработана новая конструкция трансформируемой крыши стадиона, снижена материалоемкость конструкции покрытия за счет рационального сочетания древесины и металла, регулирования напряженно-деформированного состояния в зависимости от нагрузок.

5. Уточнено решение дифференциального уравнения для структурной конструкции введением приведенной жесткости ПСК. Получены простые и удобные математические зависимости статико-геометрических параметров конструкции ПСК для применения в инженерной практике, создана методика регулирования НДС в структурной-конструкции в процессе проектирования и эксплуатации.

6. Предложены технические решения узловых элементов, позволяющие осуществлять их поворот относительно друг друга, избегать работу поперек волокон и «обмятие» древесины.

7. Выполнена оценка влияния меняющихся эксплуатационных значений влажности, температуры, податливости узлов и реологических параметров древесины на напряженно-деформированное состояние металлодеревянных конструкций с регулируемыми усилиями. Для учета реологических свойств древесины и деформативности упруго-податливых соединений разработан алгоритм регулирования усилий.

8. Результаты экспериментальных и теоретических исследований подтвердили эффективность применения затяжек в элементах ПСК. Расхождение результатов экспериментальных и теоретических исследованийсоставляетЮ-15%.

9. Разработаны рекомендации по проектированию металлодеревянных конструкций с регулируемыми усилиями в покрытиях трансформируемых большепролетных сооружений. Результаты исследований могут быть использованы в проектных организациях и НИИ при проектировании плитно-структурных металлодеревянных конструкций.

1. Abovskiy N.P. Energy Pricncipial and its Application in Conceiving Controlled Structures// Journal of Structural»Control 1997 - December 1997. - T. 4, №2.

2. Fu Chuandua, Jiang Yongshelg, Olu Hongxing Новый проект конструктивного самоуправления в железобетонных рамах 1993. - 273 с.

3. Lepholz Н.Н. Stuctural Control. // Proceedings of the Second Inernational Symposium of Structural Control — Martinus Wiyhoff Publisiers Dordrecht/Boston/Lancaster, 1980. 156 c.

4. Makowski Double Layer Grid Structures. Architectural Association Journal// 1961. 189 c.

5. Ookuma Masaaki, SetoKazuto, Yamashita Shigeo, Nagamatsu Akio Vibration control of structures by dynamic absorbers. 1st report, Theoretical approach// March., 1986. 148 c.

6. Ricolais Calcul des tensions et des deformations en flexion plane d'un reseau hexagonal a trios dimensions appuge sur le pourfour. Genie evil. — Paris : б.н., 1949.

7. Yao J.T.R. Concept of structural control// ASCE, 1972. 569 c.

8. Абовский H. П. Активное управление колебаниями конструкций // Красноярск: КрасГАСА, 1996. -.12 с.

9. Абовский Н. П., Абросимов П. С., Бабанин В. Б. и др. Автоматическое управление конструкциями с помощью нейронных сетей. Красноярск: КрасГАСА, 1996.-265 с.

10. Абовский Н.П., Енджиевский JI.B., Савченков В.И. и др. Регулирование, синтез, оптимизация: Избранные задачи по строительной механике и теории упругости Красноярск: КГУ, 1985. - 235 с.

11. Абовский Н.П. К развитию управляемых конструкций// известия ВУЗов. Строительство. 1994.-№ Ц. - С. 20-32.

12. Абовский Н.П. Способ стабилизации диаграммы направленности антенны. — 1995. 20 с.

13. Абовский Н.П. Управляемые конструкции — Красноярск, 1998. 433с.

14. Устройство автоматического управления деформированием высокой башни.пат 2105853, опубл. 06.1998.

15. Аистов Н.Н Испытание статической нагрузкой строительных конструкций, их элементов и моделей. — М.: Наркомхоза РСФСР, 1938. — 345 с.

16. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы — Москва: Высш. шк., 1989. 124 с.

17. Арленинов Д.К., Буслаев Ю.Н., Игнатьев В.П. и др. Конструцкии из дерева и пластмасс М.: АСВ, 2002. - 280 с.

18. Арленинов Д.К. Эффективные деревянные конструкции и методы их расчета с учетом нелинейных зависимостей: автореферат докторской диссертации. М., 1995. - 456 с.

19. Ашкенази Е.К. Анизотропия древесины и древесных материалов — М.: Лесная промышленность, 1978. 224 с.

20. Бараха Л.Д., Воскресенский Д.И. Проблемы антенной техники М.: Радиосвязь, 1989. - 23 с.

21. Беленя Е.И. Предварительно-напряженные несущие металлические конструкции М.: Стройиздат, 1975. - 416 с.

22. Белянкин Ф.П. , Яценко В.Ф. Деформативность и сопротивляемость древесины как упруго-вязко—пластического тела. — Киев: Издательство АН УССР, 1957.-200 с.

23. Бирюлев В.В Металлические неразрезные конструкции с регулированием уровня опор — М.: Стройиздат, 1984. — 88 с.

24. Бохонский А. И. Оптимальное управление в некоторых задачах механики. Киев : Будивельник, 1982.- 49 с. ч

25. Брушковскнй A.JI. К расчету на прочность активных силовых элементов, связей и конструкций Ровно: Ровенский политехнический институт, 1989. - 245 с.

26. Бучель К.В. Покрытия структурного типа из блок-ферм на основе древесины: дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Красноярск, 2005. -157 с.

27. Веселов Ю.А., Журавлев А. А. Пространственные несущие трехслойные конструкции покрытий зданий и сооружений. — Ростов—на—Дону, 1994.-160 с.

28. Воеводин A.A. Предварительное-напряженные системы элементов конструкций — М.: Стройиздат, 1989.-298 с.

29. Воронцов В. Оптимальное управление в системах автоматического регулирования напряженно-деформированным состоянием констуркций// Строительная механика и расчет сооружений — 1990 № 2 - С. 70-75.

30. Воронцов В., Максименко В.И., Шубин Ю.В Оптимальное управление напряженно-деформированным состоянием конструкций, подверженных сейсмическим воздействиям Новочеркасск: Новочеркасский политехнический институт, 1987— 10 с.

31. Воронцов В. Алгоритм оптимального управления статически деформируемыми конструкциями // известия Северо-Кавказского научного центра высшей школы. — 1987. — № 2. — С. 35—37.

32. Гайдаров Ю.В. Металлические конструкции с автоматическим управлением напряженно-деформированным состоянием// известия ВУЗов. Строительство и архитектура. 1990. - № 7. — С. 6-10.

33. Гайдаров Ю.В. Стальные конструкции производственных зданий с управляемым напряженно-деформированным состоянием// Транспортное строительство. 1990. - № 7. - С. 7-9.

34. Гетц К.Г. Атлас деревянных конструкций. Пер. с нем. — М.: Стройиздат, 1985. 272 с.

35. Глазунов JI.П., ГрабовецкийВ.П., Щербаков О-В. Основы теории надежности автоматических систем управления. — Ленинград: Энергоатомиздат, 1984.-208 с.

36. Городецкий A.C., Евзеров И.Д. Компьютерные модели конструций — Киев: Факт, 2005. 344 с.

37. ГОСТ 16483.0-89. Древесина. Общие требования к физико-механическим испытаниям. М.: Изд-во стандартов, 1989.

38. ГОСТ 16483.10—73 Древесина. Метод определения предела прочности при сжатии вдоль волокон. -М.: Изд-во стандартов, 1985- 8 с.

39. ГОСТ 16483.23-73 Древесина. Метод определения предела прочности при расстяжении вдоль волокон. — М.: Изд-во стандартов, 1985— 4 с.

40. ГОСТ 3916.2-96 Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона хвойных пород. Технические условия М., 1998.

41. ГОСТ 8486-86 Пиломатериалы хвойных пород. Технические условия -М., 2007.

42. Гринь И.М, РузиевК.И. Металлодеревянное структурное покрытие: Проектное предложение Харьков: Харьков-проект, 1976. - 18 с.

43. Гринь И.М., К.И.Рузиев. Перекрестно-стержневая структурная конструкция СССР : A.C. 499387.

44. Дмитриев П.А. Пространственные индустриальные конструкции для покрытий зданий// известия ВУЗов. Строительство и архитектура. — 1989.— С. 23-27.

45. Доттер Ю.В., Ножин В. Расчет и проектирование структурных плит и оболочек. Симпозиум по проблемам взаимосвязи проектировани и возведения оболочек для произоводственных зданий с большими пролетами. — М.: Стройиздат, 1966.-255 с.

46. Злочевский А.Б. Экспериментальные методы в строительной механике -М.: Стройиздат, 1983. 192 с.

47. Иванов Ю.М. Предел пластического течения древесины — М., 1948.198 с.

48. Игнатьев В.А., Соколов О.Л., Альтенбах И. и др. Расчет тонкостенных пространственных конструкций пластинчатой и пластинчато-стержневой структуры.-М. : Стройиздат, 1996.

49. Икрамбаев М.А. Применение прогрессивных структурных деревянных конструкций на строительных объектах Узбекистана// Строительство и архитектура Узбекистана., 1984. № 10 — С.4-5.

50. Икрамбаев М.А. Структурная конструкция из древесины. — б.м. : Строительство и архитектура Узбекистана, 1981 №11.- С.4—5.

51. Карлсен Г., Слицкоухов Ю.В. Конструкции из дерева и пластмасс -М.: Стройиздат, 1986. 543 с.

52. Кпятис Я. Современное состояние и перспективы развития строительных конструкций за рубежом. — М.: ЦИНИС, 1969. 275 с.

53. Клячин А. 3. Испытания структурных конструций из пирамид с фланцевыми узловыми соединениями// Строительство и архитектура-Новосибирск, 1979.- Т. 11.- С. 84.

54. Кобелев В.Н., КоварскийЛ.М., Тимофеев С.И. Расчет трехслойных конструций М.: Машиностроение, 1984. - 304 с.

55. Колесникова М.А Комбинированные пологие блок-своды из профилированных листов; подкрепленные деревянными балками-затяжками: дис. на соискание ученой степени канд. технических наук Красноярск, 2004. — 143 с.

56. Комбинированные конструкции. Конструктивные решения деревометаллических каркасов покрытий. Экспресс-информация// Серия 8. Строительные конструкции. — М., 1984. — 11.

57. Кондаков А.Г. Деревостальные структуры с плитами кровли, включенными в пространственную работу покрытия: дис. канд. техн. наук. -Кондаков А.Г. -НИСИ им. В.В. Куйбышева, 1985. 20 с.

58. Космическая техника // Космическая техника, журнал 1985. - 30 с.

59. Красовский А.А Справочнки по теории автоматического управления. -М.: Наука, 1987-712 с.

60. Кривцова.В. Исследование пространственной конструкции типа структуры с применением древесины и фанеры для сборно-разборных временных зданий: автореферат дис. канд. техн. наук. -М., 1979. 165 с.

61. Лабудин Б.В. Совершенствование деревянных клееных конструкций с пространственно-регулярной структурой Архангельск, 2007. — 267 с.

62. Лубо Л.Н., Б.А. Миронков. Плиты регулярной пространственной структуры-Ленинград: Стройиздат, 1976.

63. Лужин О.В., ЗлочевскийА.Б., Горбунов И.А. и др. Обследование и испытание сооружений — М.: Стройиздат, 1987. 264 с.

64. Лукаш А. Основы нелинейной строительной механики. — М.— Ленинград: Гослесбумиздат, 1978. — 208 с.

65. Лурье А.И. Некоторые задачи об изгибе круглой пластинки — 1940. —256 с.

66. Малбиев- С.А. Прочность и деформативность перекрестно-стержневых пространственных конструкций из полимерных материалов (на примере труб из непластифицированного поливинилхлорида): дис. на соискание ученой степени доктора техн. наук- Иваново, 2008.

67. Малеткин О.Ю. Регулирование собственных частот упругих систем с помощью дополнительных связей и масс: автореферат дис. канд. техн. наук. — Томск, 1990.-22 с.

68. Марлена Р. Особенности расчета и конструирования, многослойных ограждающих панелей в условиях польского строительства — Ченстохова, 2004. -364 с.

69. Мельников Н.П. Металлические конструкции. Современное состояние и перспективы развития. М.: Стройиздат, 1983. — 543 с.

70. Михайлов Б.К. , МалбиевС.А. Конструкции из дерева и пластмасс. Перекрестно-стержневые пространственные конструкции покрытий зданий и сооружений Иваново: ГОУ ВПО "ИГЭТУ", 2008. - 402 с.

71. Михайлов Б.К. Некоторые задачи геометрически нелинейного деформирования пологих оболочек с разрывными параметрами. Санкт-Петербург: Тбилиси: Эврика, 1993. - 139 с.

72. Михайлов Б.К. Пластины и оболочки с разрывными параметрами. — Ленинград: ЛГУ, 1980. 196 с.

73. Морозова А.П. Пространственные конструкции в гражданском строительстве. Ленинград: ЛенЗНИЭП, 1973. — 168 с.

74. Москалёв М.Б. Металлодеревянные плитно-структурные конструкции с учетом предварительного напряжения// Вестник гражданских инженеров.- Санкт-Петербург: СПбГАСУ, 2010. 2101/3(24).- С. 36-38.

75. Москалёв М.Б. Die Varianten der Rippen-ringkuppel Mit der Anwendung von der Rohren am Klebensperholz// Из материалов Хольцбау форума 2005.

76. Москалёв М.Б. Новая конструкция открывающейся крыши стадиона// Промышленное и гражданское строительство- М.: Изд-во ПГС, 2010 —№ 10 — С. 55-56.

77. Москалёв М.Б. Структурные конструкции из древесины с регулированием усилий в элементах// Доклады 65-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета Санкт-Петербург: СПбГАСУ, 2008 - Т. 1.

78. Муханов К.К. Металлические конструкции — М.: Стройиздат, 1978.572 с.

79. Накано Э. Введение в робототехнику. — М.: Мир, 1988. — 336 с.

80. Наумов А.К. Модельное испытание деревянных перекрестных ферм с соединением на металлических зубчатых пластинах// Оптимизация, расчет и испытания металлических конструкций.- Казань: Казанский ИСИ, 1984.- С. 59-61.

81. Новожилов В.В. Теория.тонких оболочек. Ленинрад: Судпромгиз, 1962. - 656 с.

82. Ольков Я.И. Исследование стальных пространственно-стержневых конструкций с панелями, совмещающими несущие и ограждающие функции. Пространственные конструкции — основной путь снижмения материалоемкости в строительстве. Ленинград, 1977.

83. Прагер В; Основы теории оптимального проектирования конструкций. Серия механика. Новое в зарубежной науке. М.: Мир, 1977. — 112с.

84. Пугачевская Л.М. К расчету пространственных двухсетчатых структурных систем: Конференция по итогам научно-ислледовательских работ. -ВЗИСИ, 1967.

85. Пшеничнов И: Теория тонких упругих сетчатых оболочек. — М.: Наука, 1982.-352 с.

86. Рекомендации по проектированию структурных конструкций. — М.: Стройиздат, 1984. 373 с.

87. Рузиев К.И., П.Г.Галушко, И.М.Гринь. Деревянные и металлодеревянные структурные конструкции //Строительство и архитектура Узбекистана, 1985 -№12.-С. 13-15;

88. Самуль В.И. Основы теории упругости — М;: Высшая шк., 1982. 264с.

89. Светозарова Е. Н. , ДушечкинС.А., Серов Б.Н. Конструкции из клееной древесины и водостойкой фанеры Ленинград, 1974. — 133 с.

90. Серов Е.Н; Учебное пособие по проектированию деревянных конструцкий — Санкт-Петербург, 20101.

91. Смирнов А. А. Расчет составной предварительно-напряженной металло—деревянной балки. Анализ преимуществ по прочности по сравненияю с нёнапрягаемым аналогом. Санкт-Петербург, 2003. — 235 с.

92. СНиП П-23-8 Г "Стальные конструкции" -М., 1982.

93. СНиП П-25-80 "Деревянные конструкции" М., 1996.

94. Солодовников В.В Основы, теории и элементы систем автоматического регулирования — М.: Машгиз, 1985. — 536 с.99: Стрелецкий Н.С. Металлические конструкции — М., 1961. — 852 с.

95. Сухарев И.П. Экспериментальные методы исследования деформаций по прочности и прочности. М.: Машиностроение, 1987. - 216 с.

96. Таиров В.Д. Сетчатые пространственные конструкции. Киев, 1966.-74 с.

97. Тимофеев A.B. Адаптивные робототехнические комплексы- -Ленинград: Машиностроение, 1988. 332 с.

98. Тимошенко С.П., С:Войновский-Кригер. Пластинки и оболочки. — М.: "Наука", 1966.-636 с.

99. Тимошенко С.П. Теория упругости. М., 1937. - 576 с.

100. Трофимов В. И., Третьякова Э.В Исследование структур в форме плит и оболочек.

101. Трофимов В.И. Натурные испытания большепролетного стркутурного покрытия. // Промышленное строительство — М:, 1974 — № 3 — С. 12-14.

102. Трофимов В.И., Бегун Б. Структурные конструкции М.: Стройиздат, 1972.

103. Трущев А.Г. Пространственные металллические конструкции М.: Стройиздат, 1983. - 215 с.

104. Файбишенко В.К., Попов A.A. Перекрестные покрытия с применением древесины. // Индустриальные деревянные конструкции в современной архитектуре — М., 1972.

105. Файбишенко В.К. Экспериментально—теоретические исследования перекрестно-ребристых конструкций квадратных в плане при различных вариантах опирания: автореферат дис. канд. техн. наук. — Файбишенко В.К. -М.: МАрхИ, 1967.-22 с.

106. Ференчик П. , ТохачекМ. Предварительно—напряженные стальные конструкции М.: Стройиздат, 1979. - 424 с.

107. Хисамов Р.И. Исследование на модели плоских покрытий из перекрестных ферм трех направлений// Строительная механика и расчет сооружений — 1966. № 1- С. 34-36.

108. Хисамов Р.И. Приближенный метод расчета пространственных стержневых покрытий// Строительная механика и расчет сооружений.— 1965. — № 1.

109. Хисамов Р.И. Расчет и конструирование структурных покрытий — Киев: Будивельник, 1981. — 48 с.

110. ЦНИИСК им. Кучеренко Пособие по проектированию деревянных конструкций; ЦНИИСК им. Кучеренко — М.: Стройиздат, 1986.

111. ЦНИИСК им. Кучеренко Рекомендации по проектированию структурных конструкций; ЦНИИСК им. Кучеренко — М.: Стройиздат, 1984.

112. Черных А.Г. Технология защитно—декоративных покрытий древесины и древесных материалов. Братск: БрИИ, 1996. - 58 с.

113. Шестак.А Проектирование стальных конструкций одноэтажного промышленного здания М.: Изд-во литературы по строительству, 1964. — 172 с.

114. Шишкин А.И. Решетчатые сферические оболочки, анализ прочности и устойчивости с учетом начальных несовершенств: автореферат дис. канд. техн. наук — Ленинград, 1989. — 20 с.