Міцність та деформативність збірних металево-дерев'яних гіперболічних покриттів

Размещено на http://www.allbest.ru

ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

Масляненко Євген Вікторович

УДК 624.01

МІЦНІСТЬ ТА ДЕФОРМАТИВНІСТЬ ЗБІРНИХ МЕТАЛЕВОДЕРЕВ'ЯНИХ ГІПЕРБОЛІЧНИХ ПОКРИТТІВ

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса - 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі металевих, дерев'яних та пластмасових конструкцій Одеської державної академії будівництва та архітектури (ОДАБА) Міністерства освіти та науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Стоянов Володимир Васильович

Одеська державна академія будівництва та архітектури, Завідувач кафедри "Металеві, дерев'яні та пластмасові конструкції"

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Фурсов Вадим Вікторович

Харківський державний університет будівництва та архітектури, професор кафедри металевих та дерев'яних конструкцій

кандидат технічних наук, доцент Твардовський Ігор Олександрович, Одеська державна академія будівництва та архітектури доцент кафедри будівельної механіки

Провідна установа:

Київський національний університет будівництва та архітектури кафедра металевих, дерев'яних та пластмасових конструкцій Міністерство освіти і науки України (м. Київ)

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці ОДАБА за адресою:

65029, м. Одеса, вул. Дідрихсона, 4.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Макарова С.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Застосування легких ефективних конструкцій покриття дозволяє зменшити навантаження на несучі конструкції будівель та споруд і, отже, знизити їхню вагу, вартість і витрати на зведення. Просторові конструкції покрить - оболонки, дозволяють перекривати великі прольоти без проміжних опор, а використання нових і ефективних комбінацій традиційних матеріалів дає простір для створення оригінальних конструкторських і архітектурних рішень. Сучасні композитні матеріали і технології обробки деревини дозволяють застосовувати нові конструктивні рішення покрить великих прольотів будинків і споруд і істотно потіснити традиційні матеріали - метал і залізобетон. Дослідження збірних металеводерев'яних гіперболічних оболонок, яке дозволить перевести застосування таких конструкцій з розряду одиничних у клас сучасного індустріального масового будівництва, є важливою й актуальною задачею.

Зв'язок роботи з науковими темами. Дисертаційна робота виконана в рамках держбюджетної тематики кафедри Металевих, дерев'яних та пластмасових конструкцій ОДАБА "Працездатність збірних металеводерев'яних покриттів". (2000-2002 р.).

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є теоретичне й експериментальне дослідження напружено-деформованого стану збірної металеводерев'яної гіперболічної оболонки при різних варіантах статичних завантажень. металевий дерев'яний гіперболічний конструкція деформований

Відповідно до мети роботи поставлені наступні задачі досліджень:

- використовуючи досвід конструкторських розробок збірних гіперболічних покрить розробити конструкцію збірних елементів гіперболічних покрить з формованими металевими обшивками;

- на основі чисельних досліджень уточнити характер напружено-деформованого стану збірних металеводерев'яних гіперболічних покриттів при дії статичного навантаження;

- на базі експериментальних досліджень збірної конструкції з роздільними випробуваннями каркаса без обшивки й оболонки в цілому установити ступінь впливу обшивки в підкріплених оболонках;

- виявити особливості напружено-деформованого стану збірної металеводерев'яної гіперболічної оболонки при різних варіантах статичного навантаження;

- розробити рекомендації з конструювання, розрахунку і виготовленню запропонованої конструкції.

Об'єкт дослідження. Збірні металеводерев'яні оболонки покрить типу гіперболічного параболоїда.

Предмет досліджень. Напружено - деформований стан збірної металеводерев'яної гіперболічної оболонки з урахуванням піддатливості стиків.

Методи дослідження. Методи математичного моделювання на основі моментної і безмоментної теорії оболонок, експериментальні методи.

Наукова новизна отриманих результатів.

- У дисертації наведені теоретичне обґрунтування й уточнено рішення наукової задачі по конструюванню і розрахунку збірної металеводерев'яної гіперболічної оболонки.

- Вперше в експериментальних дослідженнях конструкцій оболонок проведені роздільні іспити каркаса й каркаса з обшивкою, що дозволило виявити ступінь спільної участі роботи обшивки і каркаса в забезпеченні міцності і твердості конструкції в цілому, і запропонувати уточнюючі коефіцієнти в залежності від співвідношення жорсткості на згин каркаса й обшивки.

- Запропонований новий підхід у конструкції збірних гіперболічних елементів з використанням формованих металевих обшивок, коли деякі порушення геометрії полю оболонки не ставлять значного впливу на розподіл внутрішніх зусиль.

Практичне значення отриманих результатів.

- Встановлено особливості роботи збірної металеводерев'яної гіперболічної оболонки при різних варіантах завантаження статичним навантаженням;

- Проведені дослідження показали можливість конструювання збірних гіперболічних покрить у різних варіантах - тільки в каркасному, коли робота обшивки не враховується, чи з обшивкою з алюмінію, або різних комбінованих матеріалів.

- Отримані результати використані при розробці рекомендацій по конструюванню збірних металеводерев'яних гіперболічних покриттів.

Розроблені рекомендації щодо конструювання збірних металеводерев'яних гіперболічних оболонок покрить, використані в якості методики конструювання легких збірних покриттів ЗАТ НВФ "Укрспкцмонтажпроект" при проектуванні павільйону ЛФК оздоровчого комплексу в м. Болехові.

Особистий внесок здобувача.

Розробка конструкції збірної металеводерев'яної гіперболічної оболонки з формованими металевими обшивками. Виготовлення експериментальної конструкції, проведення експерименту, обробка отриманих результатів та їх аналіз і формулюванні висновків. Розробка рекомендацій по конструюванню збірних металеводерев'яних гіперболічних покриттів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на щорічних науково-технічних конференціях кафедри Металевих, дерев'яних та пластмасових конструкцій ОДАБА у 2001, 2002 та 2003 рр.

Публікації. Основний зміст дисертаційної роботи викладено в 7 друкованих працях, з яких 3 надруковані в фахових виданнях, перелік яких затверджений ВАК України, 3 статті у періодичних виданнях та збірниках матеріалів конференцій і одна - окремим виданням.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація містить вступ, чотири розділи, висновки загальним обсягом 170 сторінок. З них 108 сторінок основного тексту, 53 малюнка, список літератури з 130 найменувань, додатки на 50 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність, наукова новизна та практична цінність роботи, дана її загальна характеристика.

У першому розділі виконано огляд літературних джерел за темою дисертації, розкрито стан наукової задачі. Методикам конструювання оболонок покрить типу гіперболічного параболоїда присвячені роботи В.Н. Абовського, К.Г. Абрамовича та Г.А. Матискіної, Л.І. Лаврова, М.Г. Вайка, В.Л. Хьютсі, К.П. Ийгера, Х.Х. Лауля, М.Х. Лейбура, В.Е. Михайленко и В.С. Обуховой, А.Р. Ржаницина, М.И. Рубинчика, А.М. Рогозинського, Л.В. Сахновського, Б.В. Горенштейна, В.Д. Липецького, В.В. Стоянова.

Експериментальними дослідженнями напружено-деформованого стану та несучої здатності збірних оболонок займалися Н.П. Абовський, А.С. Дехтярь, А.О. Расказов, Л.Е. Спиридонова, Ю.П. Хмельов, І.І. Самольянов, М.Ш. Варвак, Є.Н. Митрофанов, В.А. Колтинюк, Я.Ф. Хлібной, К.П. Пятикрестовський, Д.А. Питлюк, С.Б. Турковський, В.В. Фурсов.

Методикам розрахунку оболонок присвячені роботи С.А. Амбарцумяна, Г.Г. Виноградова, В.З. Власова, Е.З. Жуковського, А.Л. Гольденвейзера, Н.В. Колкунова, В.І. Корольова, С.Г. Лехницького, І.Є. Милейковського , А.К. Купара, А.А. Назарова, В.В. Новожилова, Р.І. Рабиновича, В.В. Стоянова та багатьох інших.

Виконаний огляд показав, що задача вдосконалення методик конструювання та вивчення напружено-деформованого стану збірних оболонок потребує подальшого дослідження.

У другому розділі розглянуто питання формоутворення оболонки типу гіперболічного параболоїда та апроксимації поверхні елементами криволінійного обрису.

Гіперболічний параболоїд (гіпар) являє собою трансляційну лінійчату антикластичну поверхню, що не розгортається, негативної гаусової кривизни.

У будівництві застосовуються два види оболонок розглянутого типу:

оболонки гипар з контуром, що складається з прямих ліній у виді скрученого прямокутника або паралелограма;

оболонки з контуром із кривих ліній - сідлоподібної форми.

Серединна поверхня оболонок обох видів однакова - гіперболічний параболоїд. У декартовій системі координат серединна поверхня представлена в такому виді:

z = f(x, y);

де x, y, z - абсциси, ординати й аплікати точок серединної поверхні.

Рівняння поверхні гіперболічного параболоїда може бути задане в явній формі:

або в неявній формі:

При конструюванні оболонок широко використовується апроксимація їхніх серединних поверхонь. Призначення апроксимації складається в спрощенні конструювання оболонок. Якщо при повній апроксимації виходить та ж серединна поверхня, то при кусочнїй апроксимації відсіками чи площин поверхонь одержуємо іншу поверхню зі своїми локальними характеристиками.

Наближене паркетуванння розділяють на два підвиди:

паркетуванння криволінійної поверхні плоскими елементами;

паркетуванння криволінійної поверхні криволінійними елементами.

Поверхня гіперболічного параболоїда, що нерозгортається, представляє деякі труднощі при апроксимації поверхні оболонки на збірні елементи.

Апроксимація поверхні оболонки плоскими елементами, прийнята для залізобетонних оболонок, для оболонок з деревини не доцільна, тому що створює складності при утворюванні стиків збірних елементів.

У роботі проф. В.В. Стоянова виконувалося паркетування поверхні на великопрольотні елементи уздовж висхідних парабол в обидва боки, починаючи від діагоналі (мал. 1). У цьому випадку подовжні стики збірних елементів, розташовані перпендикулярно стискаючим зусиллям, забезпечують належну щільність. Збільшення активного навантаження приводить до посилення притиску елементів подовжніми крайками.

Для одержання збірного елемента у виді скрученого прямокутника поле оболонки з визначеним кроком, рівним ширині елемента, розсікається в одному з напрямків перпендикулярно осі х чи у вертикальними рівнобіжними площинами (мал. 2). Найбільша довжина сторони збірного елемента приймається рівною довжині краю оболонки уздовж осі х чи y. Збірний елемент складається з подовжніх і поперечних ребер, спрямованих по асимптотичним прямим, а обшивка вигнута по гіперболічній поверхні. Щоб торці кожного подовжнього ребра каркаса проектувалися на лінію, що лежить на поверхні гіперболічного параболоїда, їх скошують на величину h, що залежить від висоти ребра h_p і тангенса кута нахилу ребра до проекції оболонки. Наприклад, для крайнього ребра:

У загальному випадку для ребра з підйомом f_i величина h_i буде дорівнювати:

Вираження визначає також величину скосу торців поперечних ребер.

Для оболонки з клеєфанерною обшивкою, щоб виключити злам фанери при склеюванні обшивання з ребрами, скіс роблять по ширині верхньої крайки ребра пропорційно кривизні оболонки. Величина скосу _i в будь-якій точці ребра в залежності від підйому f_i і товщини елемента :

Розкрій фанерного листа для обшивки виконується по відрізках прямих ліній, рівним довжині ребер, на які він укладається.

Для оболонки з металевим обшивками скіс ребер не роблять, а формують листи по шаблонах - матрицях відповідно до кривизни збірного елемента, стикуючи аркуші обшивання в подовжньому напрямку по поперечних ребрах.

Таким чином лінійчата поверхня гіперболічного параболоїда дає можливість використовувати при конструюванні оболонок прямолінійні елементи з деревини, що вигідно відрізняє її в порівнянні з оболонками інших типів

Найбільший ефект із погляду економічності і простоти конструювання досягається при паркетуванні поверхні оболонки збірними елементами у формі скрученого прямокутника.

Конструювання металеводерев'яної оболонки зі збірних панелей у формі скрученого прямокутника наведене в третьому розділі. Довжина такої панелі дорівнює прольоту пелюстка оболонки, а ширина встановлюється розбивкою на n-і число елементів.

Такий елемент складається з дерев'яного каркаса й обшивки з фанери, алюмінію, сталі, конструкційних пластмас і ін. Ребра каркаса прямолінійні і спрямовані по асимптотичним прямим, а обшивка згинається по гіперболічній поверхні. Вузлові з'єднання подовжніх і поперечних ребер вирішені за допомогою оригінальних металевих уставок на болтах. Металеві обшивки панелей складають монолітну обшивку оболонки, а поперечні ребра забезпечують повне сприйняття зусиль розтягування.

З'єднання виходить надійним і жорстким, навіть при нещільності стику подовжніх ребер суміжних панелей.

Використання формованих листів обшивки дозволяє уникнути скосів по крайці ребра, тобто ребра прямолінійні по довжині і прямокутні в перетині. Для обшивки використовується алюміній, сталь, конструкційні пластмаси й ін. При цьому зберігається конструкція збірного елемента у формі скрученого прямокутника і загальні підходи до конструювання. Основна відмінність же складається в конструктивних особливостях обшивання і верхньої крайки ребер каркаса.

Спочатку розрахунок гіперболічних оболонок, як і розрахунок оболонок позитивної гаусової кривизни, спирався на методи безмоментної теорії. Такий спрощений розрахунок застосовувався тривалий час в основному для проектування монолітних залізобетонних гипарів з урахуванням коректування результатів розрахунку для приконтурних зон. В подальшому з'ясувалося, що для ізольованих гипарів із прямолінійними краями, що збігаються з асимптотичними лініями поверхні гіперболічного параболоїда (асимгиполоїдів), безмоментна теорія може бути застосована до розрахунку лише при реалізації спеціальних граничних умов. Розвиток методів розрахунку привів до розгляду гіпарів , як пружних систем у рамках моментної теорії, представлених у рівняннях положистих оболонок змішаного методу В.З. Власова або аналогічних їм.

Рівняння поверхні розглянутої оболонки в декартових координатах має вид:

, (1)

де

. (2)

Для положистої оболонки з прямокутним планом рівняння рівноваги записується у виді:

(3)

Деформація серединної поверхні оболонки обчислюється по формулах:

(4)

Деформації згину через положистість оболонки записуються в спрощеній формі:

(5)

Для підкріплених оболонок найбільш поширеним методом розрахунку став метод приведення підкріпленої оболонки до еквівалентного ортотропної, так називаний метод “розмазування”. Такий підхід використаний у роботах В. Власова, В. Корольова, И. Милейковського. У роботі В. Корольова наведені співвідношення пружності і система диференційних рівнянь щодо двох функцій: напруження і прогину W. Однак параметри жорсткості, які використані в цій роботі, не враховують ортотропності обшивки, піддатливості оболонки в місцях стиків при роботі на розтягування і вигин.

(6)

Рішення подібної задачі було отримано В.В. Стояновим (6), (7), шляхом введення в розрахунок специфічних параметрів твердості, що відбивають ортотропність обшивки і піддатливість оболонки, у результаті чого була отримана система диференціальних рівнянь, що враховує нові параметри.

У цих вираженнях прийняті наступні позначення: k_п - коефіцієнт, що враховує піддатливість стику збірних елементів при вигині і крутінні. Вважається, що деревина по висоті ребра включена в роботу по усієї висоті перетину, з обліком того що при вигині нагеля зминання деревини в нагельному гнізді відбувається на 1/3 його довжини, приймається k_п = 0,6. F₁, F₂ - площі поперечних перерізів підкріплюючих ребер; I₁, I₂ - моменти інерції поперечних перерізів ребер щодо осей, що лежать на поверхні приведення; l₁, l₂ - відстань між підкріплюючими ребрами; A₁, А₂ - жорсткості при крутінні підкріплюючих ребер.

Крім того, прийнято, що жорсткість ребра В₂₂ при розтяганні обумовлена твердістю частини деревини, що мнеться, під шайбою:

де F_ш - загальна площа шайб між двома ребрами.

Рішення методом подвійних тригонометричних рядів дозволяє шляхом порівняння коефіцієнтів у вираженнях для гладкої ізотропної оболонки і для підкріпленої проаналізувати ступінь впливу підкріплювальних ребер на несучу здатність. Відношення величини прогину центра підкріпленої оболонки до гладкої може бути представлене у вигляді:

(8)

У припущенні монолітності й однорідності підкріпленої оболонки:

(9)

де - товщина обшивки підкріпленої оболонки; а - відстань від серединної поверхні обшивки підкріпленої оболонки до поверхні приведення; _прив - товщина гладкої оболонки (відповідає приведеній товщині підкріпленої оболонки).

При слабкому підкріпленні а = 0, _ПРИВ = , і, відповідно до вираження (9), = 1. Для підкріплених клеєфанерних оболонок характерним є випадок, коли а = 5 і _ПРИВ = 2,5 , а величина = 0,5, тобто прогин підкріпленої оболонки вдвічі менше гладкої. Для металеводерев'яної оболонки, при = 0,1див, а = 4 див і _ПРИВ = 3,6 див, величина = 0,44.

Коефіцієнт отриманий у припущенні монолітності й однорідності. Для збірних конструкцій, у з'єднаннях яких використовуються пружньо-податливі в'язи, співвідношення (9) має бути уточнене відповідно типу стикового з'єднання шляхом уведення до розрахунку коефіцієнта піддатливості К_п. З урахуванням зминання деревини на у нагельному з'єднанні при вигині приблизно на треті довжини нагелю К_п = 0,6.

Загальним недоліком аналітичних методів розрахунку є те, що усі вони розроблялися на основі істотного спрощення вихідних рівнянь, заснованого, як правило, на реальних станах конструкції під навантаженням. У загальних випадках рішення не може бути отримане без застосування ефективних обчислювальних алгоритмів, реалізованих на ЕОМ.

При розрахунку конструкція каркаса оболонки замінялася ідеалізованою розрахунковою схемою (мал. 6) складеної з кінцевих елементів наступних типів:

подовжні і поперечні ребра, а також бортові елементи, моделювалися за допомогою кінцевих елементів, що описуються як стрижні просторової рами. Характеристики жорсткості стрижнів задані у виді наступного переліку: EF, EІy, EІz, GІkp, де E і G відповідно модуль пружності і модуль зрушення деревини, F, Iy, Iz, Ikp - геометричні характеристики перетину ребра.

металева обшивка моделювалась трикутними елементами оболонки, для яких в якості характеристик жорсткості задані модуль пружності Е, коефіцієнт Пуассона та товщина обшивки .

Для урахування піддатливості стикових з'єднань подовжніх і поперечних ребер у характеристики жорсткості поперечних ребер уводилася величина модуля пружності деревини поперек волокон.

З'єднання збірних панелей між собою і з бортовими елементами моделювалося за допомогою пружних зв'язків, твердість яких по напрямках головних осей координат приймалася рівної зусиллю зухвалому одиничну деформацію по даному напрямку виходячи з умов зминання деревини в болтовому з'єднанні.

Величина навантаження приймалася виходячи з величини руйнівного навантаження q_руйн = 5,65 кН/м², що приблизно відповідає вазі снігового навантаження на реальну конструкцію для І-го району по масі снігового покриву. Розглядалися варіанти завантаження каркаса зосередженими силами у чверті, у половині і у всіх вузлах оболонки.

При розрахунку каркаса разом з обшивкою до елементів, використаних при розрахунку каркаса, додалися трикутні елементи оболонки моделюючі обшивку в межах осередку утвореного подовжніми і поперечними ребрами. З'єднання елементів обшивки з каркасом здійснювалося жорстким сполученням у вузлах. Характеристики жорсткості елементів оболонок задавалися відповідно до процедури ВК "МІРАЖ" з урахуванням роботи деревини ребер поперек волокон у з'єднанні каркаса з обшивкою. Розглядалися варіанти прикладання рівномірно розподіленого навантаження на чверті, на половині і по всій поверхні оболонки.

Отримані розрахункові дані про розподіл вертикальних переміщень при різних варіантах завантаження роздільно для каркасу і для каркасу з обшивкою наведені на мал. 7. Згідно із розрахунком, в усіх випадках найбільші прогини виникають в середній частині оболонки. Значні вертикальні переміщення виникають також на контурі в напрямку стикових з'єднань збірних елементів.

У четвертому розділі наведені дані про експериментальні дослідження моделі збірної металево дерев'яної гіперболічної оболонки. Експериментальна частина дослідження полягала в випробуванні моделі оболонки на дію статичного рівномірно розподіленого навантаження при різних варіантах завантаження роздільно для каркаса і для оболонки в цілому.

Завантаження каркаса й оболонки в цілому проводилося на чверті, на половині і по всій поверхні.

Навантаження робилося ступінями до величини 1,8 кН/м², що відповідає експлуатаційному навантаженню на реальну оболонку для I району по масі снігового покриву і ставить приблизно 1/3 від навантаження руйнування q_руйн = 5,65 кН/м².

У ході випробувань з'ясувалося, що розподіл прогинів у поле оболонки носить балковий характер, однак значно менший за абсолютною величиною порівняно з балковим.

При несиметричному навантаженні на половині і на чверті поверхні оболонки мав місце підйом протилежної частини оболонки і спостерігалася "хлопок" обшивки. Також був визначений ступінь впливу обшивки на деформативність оболонки. У порівнянні з каркасом, величина абсолютного прогину каркаса з обшивкою у центрі оболонки зменшувалася на 40 % при тім же навантаженні. Необхідно відзначити, що ця величина не є остаточної, і при використанні більш твердих стикових з'єднань ступінь впливу обшивки на деформативність, вочевидь, буде зменшуватися.

При витримці конструкції під навантаженням протягом 48 ч. спостерігалося зменшення первісних прогинів по всьому полю оболонки. Після розвантаження прогин у центрі оболонки виявився рівним 0, а в інших частинах залишкові деформації не перевищували 6 %, що свідчить про високий ресурс даної конструкції. Максимальний прогин у центрі оболонки при завантаженні каркаса з обшивкою розподіленим навантаженням по всій поверхні інтенсивністю 1,8 кН/м² склав 15, 2 мм чи 1/265 прольоти оболонки.

При вивченні характеру напружено-деформованого стану полю оболонки при різних варіантах статичних завантажень установлено, що в збірній оболонці найбільші згінні напруження викликають локальні завантаження на половині чи оболонки в одній чверті її поверхні, коли в ребрах каркаса мають місце напруження різного знака.

Порівняння експериментально отриманих значень внутрішніх зусиль з результатами розрахунку показало, що в подовжніх ребрах крайніх панелей виникають більші згінні напруження, чим визначено з розрахунку. Очевидно, це пов'язано з роботою крайніх подовжніх ребер за деформованою схемою при наявності в них значних подовжніх зусиль. Трохи більші, ніж з розрахунку подовжні зусилля виникають у поперечних ребрах каркаса, що вказує на необхідність уточнення при розрахунку характеристик жорсткості пружних зв'язків, що вводяться.

ГОЛОВНІ ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведене теоретичне обґрунтування та уточнене рішення наукової задачі щодо конструювання і розрахунку збірної металеводерев'яної гіперболічної оболонки.

2. Вперше в експериментальних дослідженнях конструкцій оболонок проведені роздільні випробування каркаса та каркаса з обшивкою, що дозволило виявити ступінь сумісної участі в роботі обшивки та каркаса у забезпеченні міцності та жорсткості конструкції в цілому і запропонувати уточнюючі коефіцієнти о та Кп в залежності від співвідношення жорсткості на згин каркаса та обшивки.

3. Порівняння отриманих експериментальних величин внутрішніх зусиль із результатами розрахунку показали в цілому досить близьку подібність (8 - 10 %). Разом із тим, по краях оболонки, де напруження згину вельми значні, ці розходження ставлять 20 - 30 %, що вказує на необхідність урахування піддатливості бортових елементів при розрахунку.

4. Запропонований новий підхід в конструкції збірних гіперболічних елементів із використанням формованих металевих обшивок, коли деякі порушення геометрії поля оболонки не становлять значного впливу на розподіл внутрішніх зусиль, що дозволяє конструювання дерев'яних ребер прямокутного перерізу на базі існуючого сортаменту пиломатеріалів.

5. Експериментальними дослідженнями встановлено, що використання конструкцій стиків одного типу не доцільно і повинно бути замінене двома групами стиків: одна група розміщується по контуру і далі на 1/5 прольоту, а друга - на іншої частині поверхні, причому перша група стиків має забезпечувати більш високу жорсткість з'єднання на згин.

6. З'єднання елементів каркаса - повздовжніх та поперечних ребер має забезпечувати безумовну передачу внутрішніх зусиль від одного елемента до іншого, тому що при різних варіантах завантаження у стикових з'єднаннях виникають зусилля різного знаку; щоб досягти такої якості з'єднання, воно повинно виготовлятися у заводських умовах.

7. Для збірних металеводерев'яних гіперболічних покриттів обов'язковою є встановлення бортових елементів по краях оболонки в напрямку поперечних ребер, так як з'єднання збірних елементів має підвищену деформативність (на 20 - 30 %) порівняно із цільними ребрами.

8. Проведені дослідження вказали на можливість конструювання збірних гіперболічних покриттів у двох варіантах - тільки в каркасному, коли робота обшивки не враховується, та з обшивками з металу або різних комбінованих матеріалів.

9. Дослідження експериментальної моделі пелюстка збірної металеводерев'яної гіперболічної оболонки, дозволяє на базі існуючого сортаменту пиломатеріалів конструювати складені оболонки покриття прольотом до 21 м, а при використанні клеєної деревини - до 36 м.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кобилюк Г.К., Масляненко Є.В., Купченко Ю.В., Стоянов В.В. Экспериментальное исследование прочности и деформативности сборной металлодеревянной оболочки покрытия. В зб. наук. праць "Современные строительные конструкции из металла и древесины". Одеса. ВМК "Місто майстрів". 2001 г. стр.144-146.

Автором особисто розроблена методика експерименту.

2. Стоянов В.В., Купченко Ю.В., Цибульчик А.Б., Масляненко Є.В. Сборные деревянные гиперболические покрытия. Москва. Строительный эксперт. РНТО строителей совместно с Госстроем России и Главэкспертизой РФ. №7 (122) 2002 г.

Автором розроблена та відтворена на моделі конструкція пелюстка збірної оболонки.

3. Стоянов В.В., Масляненко Є.В. Исследование степени влияния обшивки на деформативность подкрепленной оболочки. В В зб. наук. праць "Современные проблемы совершенствования и развития металлических, деревянных, пластмассовых конструкций в строительстве и на транспорте". Самара. СГАСА. 2002 р. стр. 120-123.

Автором виконаний аналіз теоретичних та експериментальних даних щодо деформативності підкріпленої оболонки.

4. Стоянов В.В., Купченко Ю.В., Цибульчик А.В., Масляненко Є.В. Рекомендации по конструированию легких сборных гиперболических покрытий. Одеса. ООО "Внешрекламсервис". 2002 р. - 32 с.

Автором розроблена методика конструювання та розрахунку збірних оболонок з урахуванням в'язів кінцевої жорсткості.

5. Стоянов В.В., Купченко Ю.В., Масляненко Є.В. Некоторые проблемы конструирования и работы сборных гиперболических оболочек. В зб. наук. праць "Современные строительные конструкции из металла и древесины". Одесса. ООО "Внешрекламсервис". 2003 г. стр. 236-241.

Автором запропонована методика конструювання збірних оболонок з формованими металевими обшивками.

6. V.V. Stojanov, A.B. Cybulchik, Y.V. Kupchenko, E.V. Maslyanenko. Designing of modular hyperbolic coverings. Jubilee scientific conference. Sofia, 2002, p. 79 - 82.

Автором наведені дані про експериментальні випробовування моделі збірної металеводерев'яної оболонки.

7. Масляненко Є.В., Горгола О.М. Деформативность сборного пологого подкрепленного оболочечного покрытия. Вісник ОДАБА, зб. наук. праць, вип. № 9, Одеса. ООО "Внешрекламсервис". 2003 г. стр. 130 - 133.

Автором запропоновані уточнюючі коефіцієнти, що враховують податливість вузлів підкріпленої оболонки.

АНОТАЦІЯ

Масляненко Є.В. Міцність та деформативність збірних металеводерев'яних гіперболічних покриттів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Одеська державна академія будівництва та архітектури, Міністерство освіти та науки України, Одеса, 2003 р.

Зміст дисертації.

В вступі обґрунтована актуальність, сформульована наукова новизна, практична значимість роботи, дана її загальна характеристика.

У першому розділі проведений аналіз літературних джерел, що присвячені конструкціям просторових покриттів у формі гіперболічного параболоїда.

У другому розділі запропоноване формоутворення оболонок зі збірних елементів у формі скрученого прямокутника.

У третьому розділі розроблені та обґрунтовані методики конструювання та розрахунку збірних металеводерев'яних оболонок типу гіперболічного параболоїда.

У четвертому розділі наведені дані про експериментальні дослідження моделі оболонки на дію статичних навантажень у різних варіантах та їх аналіз.

У висновках виконаний аналіз характеру напружено - деформованого стану збірних металеводерев'яних гіперболічних покриттів та наданий висновок щодо їх працездатності.

Ключеві слова: оболонка, гіперболічний параболоїд, напружено-деформований стан, конструювання, розрахунок.

АННОТАЦИЯ

Масляненко Е.В. Прочность и деформативность сборных металлодеревянных гиперболических покрытий. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения. - Одесская государственная академия строительства и архитектуры, Министерство образования и науки Украины, Одесса, 2003 г.

Содержание диссертации.

Во введении обоснована актуальность, сформулирована научная новизна, практическое значение работы, дана её общая характеристика.

В первом разделе проведен анализ литературных источников по теме диссертации, посвященных конструкциям пространственных покрытий в форме гиперболического параболоида. Рассмотрены различные варианты конструирования деревянных и комбинированных гипаров и связанные с этим особенности работы конструкции. Сформулированы цель и задачи исследований.

Во втором разделе рассмотрена возможность аппроксимации криволинейной гиперболической поверхности плоскими и криволинейными элементами и проведен анализ полученных вариантов с точки зрения рациональности конструкции. Конструкция металлодеревянной гиперболической оболочки из плоских элементов является малоэффективной из-за сложности устройства стыковых соединений. Использование сборных элементов параболического очертания осложнено трудоемкостью их изготовления. Наиболее приемлемым является формообразование оболочек из сборных элементов в форме скрученного прямоугольника.

В третьем разделе разработаны и обоснованы методики конструирования и расчета сборных металлодеревянных оболочек типа гиперболического параболоида. Путем компоновки из сборных панелей в форме скрученного прямоугольника лепестков-оболочек типа асимгиполоида, получены конструкции покрытий различной формы пролетом до 21 м, а применение формованных обшивок панелей дает возможность использования цельной древесины стандартного сортамента пиломатериалов. Аналогичными конструкциями из клееной древесины можно перекрывать пролет 36 м и более.

Приведена методика расчета конструкций подкрепленных оболочек при помощи методов безмоментной теории оболочек при определенных граничных условиях на контуре (шарнирное закрепление по углам оболочки), а также методами моментной теории оболочек путем приведения подкрепленной оболочки к эквивалентной гладкой оболочке с условием ввода в расчет параметров жесткости, учитывающих податливость стыков сборных элементов, и в частности, коэффициента податливости К_п, определяемого индивидуально для конкретного типа стыкового соединения. Кроме того, показана возможность расчета сборной подкрепленной оболочки типа гиперболического параболоида при помощи вычислительных комплексов, реализующих метод конечных элементов, в частности, ВК "МИРАЖ" с использованием стандартной библиотеки конечных элементов.

В четвертом разделе приведены данные об экспериментальных исследованиях модели металлодеревянной оболочки типа гиперболического параболоида на действие статической нагрузки в различных вариантах и их анализ. Полученные экспериментальные данные о распределении внутренних усилий показали достаточно большую сходимость результатов расчета и реальных усилий в элементах конструкции оболочки. Распределение прогибов по полю оболочки носит балочный характер, однако значительно меньше по абсолютной величине. Деформативность оболочки в направлении стыков сборных элементов в среднем на 40 % выше, чем в направлении цельных ребер, что соответствует определенному теоретически значению коэффициента податливости стыковых соединений К_п = 0,6.

Проведенные раздельные испытания каркаса и оболочки в целом на действие статической нагрузки при различных вариантах приложения нагрузки, показали хорошую работоспособность предложенной конструкции и позволили выявить степень совместного участия в работе под нагрузкой деревянного каркаса и металлической обшивки. Полученные данные указывают на возможность проектирования оболочек в двух вариантах: каркасном, когда работа обшивки не учитывается, и с учетом работы обшивки из металла или различных комбинированных материалов.

В выводах выполнен анализ характера напряженно-деформированного состояния сборных металлодеревянных гиперболических покрытий и дан вывод об их работоспособности.

Ключевые слова: оболочка, гиперболический параболоид, напряженно-деформированное состояние, конструирование, расчет.

ТHE SUMMARY

Maslyanenko E.V. The durability and the deformation of the modular metal -wood hyperbolic coverings have. - The manuscript.

The dissertation is on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a specialty 05.23.01 - building designs, buildings and constructions. - The Odessa state academy of building and architecture, the Ministry of education and sciences of Ukraine, Odessa, 2003.

The contents of the dissertation consist of.

In introduction about the exigency is proved, scientific innovation, practical value of work is formulated, and its general characteristic is given.

In the first section the analysis of references on a theme of the dissertation, which devoted to designs in the form of a hyperbolic paraboloid the spatial coverings.

In the second section it is offered environments from modular elements in the form of the deformed rectangular.

In the third section techniques of designing and calculation modular metal-wood hyperbolic environments such as a hyperbolic paraboloid are developed and proved.

In the fourth section the models given about experimental researches metal-wood shell such as a hyperbolic paraboloid on action of static loading in various variants and their analysis are resulted.

In conclusions the analysis of character tensely - deformed conditions modular metal-wood hyperbolic coverings is executed and the conclusion about their serviceability is given.

Key words: a shell, a hyperbolic paraboloid, strain-deformed state, designing, and calculation.

Размещено на Allbest.ru