книги / Проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений

оно описывается уравнением ср//) = А$ + В;е~ЕА, То есть собственные формы пластического механизма имеют апериодический затухающий закон движения.

С ростом текучести возможен такой случай, когда пластические шарниры образуются во всех опасных сечениях конструкции. Упругий потенциал системы будем считать исчерпанным, так как матрица жесткости становится нулевой: К(() = 0. Такое состояние квазиупругой системы назовем предельно вырожденным состоянием (ЛВС).

Рассмотрим случай ПВО на отрезке времени I = [/у, /Уы] [А» 4»]» когда удовлетворяется условие (6). Так как де15\ Ф0, то из (3) при К(() = 0 получим 5ц: =0, 51 =~М~1С. Поскольку = 0, - -г}Г) (/ = 1,..., л), то © //) = 0 (/ = = 1, ... , и). Это пограничное состояние системы показано на графиках кривых собственных частот (рис., г). Все собственные формы имеют монотонный затухающий закон движения: <р/*) + В^егА(/ = 1,..., л).

Для ПВС, удовлетворяющего условию (7), приходим к нулевым (кратным) матричным корням 5ц = 5/ = 0. Ввиду того, что 8 = со = 0, движение всех собственных форм пластического механизма подчиняется линейном)’ закону: <р/г) =А] + 1В] {]= 1,...,п).

Таким образом, с развитием текучести происходит снижение упругого потенциала ДДС. Анализ спектральных характеристик показывает, что неупругие колебания конструкции отличаются от упругих колебаний в качественном и количественном отношении. Общей тенденцией в поведении конструкции за пределом упругости является снижение ее частотного спектра. На основании результатов, вытекающих из теорем состояния, следует, что в зависимости от роста и интенсивности пластических деформаций, протекающих в упругопластической системе, собственные формы могут иметь различные законы движения как колебательного, так и монотонного (не периодического) характера.

Финансирование работы осуществляется по гранту Конкурсного центра фундаментальных исследований в области архитектуры и строительных наук с 1998 г. по 2000 г. по теме "Проблемы повышения эффективности методов расчета сооружений и строительных конструкций с целью более полного учета особенностей конструкций, материала и характера воздействий".

Список литературы

1. Потапов А.Н. Метод сведения к матричному квадратному уравнению динамике дискретных диссипативных систем // Мат. моделирование в механике

деформируемых тел. Методы граничных и конечных элементов: Тез: докл. XVI Междунар. конф. С.-Петербург, 23-26 июня 1998 г. СПб., 1998. Т. 1.

2.Потапов А.Н. Теоремы об упругопластических диссипативных конструкциях при вынужденных колебаниях // Реконструкция городов, отдельных зданий, сооружений и конструкций на Урале: Четвертые урал. академ. чтения. Екатеринбург: Изд.-во УРО РААСН, 1999.

3.Попов Н.Н., Расторгуев Б.С. Динамический расчет железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1974.

Получено 10.06.99

УДК 624.014

И.Б. Хамудисова, ТТ.Ящ ен

Нижнетагильский институт Уральского государственного технического университета

АНАЛИЗ ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ РАСТЯНУТЫХ СТЕРЖНЕЙ СТАЛЬНЫХ ФОРМ

Произведен анализ работы наиболее нагруженных стержней экспериментальных ферм за пределами упругой работы с построением диаграмм работы ''пластических” стержней на растяжение, обозначены допустимые пластические деформации, определено соответствие величине относительной деформации ё, величины секущего модуля упругости Е5, которое

необходимо учитывать при расчете стержней с учетом пластических деформаций.

Чрезмерное развитие пластических деформаций и превращение системы в изменяемую относится к предельным состояниям первой группы, которые ведут к полной непрш’одности к эксплуатации конструкций и (или) к потере ими несущей способности. Эти состояния определены нормами [1] как абсолютно предельные. В качестве критерия предельного состояния по непригодности к эксплуатации Н.С. Стрелецкий в 1952 году предложил принять критерий ограниченной пластической деформации [ё0СТ]=г0СТ.ЕУЛу /3/, где ё осг - максимальная остаточная деформация в сечении после его упругой разгрузки. Г.Е. Бельский [6] предельную величину остаточной деформации [ёост] для различных типов сечений при действии статических нагрузок предложил принимать равной 3.

В действующих нормах проектирования [2] для практических расчетов элементов стальных конструкций при действии осевой силы с изгибом величина предельной пластической деформации [вост]=3, что гарантирует эксплуатационную пригодность элемента конструкции.

Согласно проекту новых норм проектирования стальных конструкций /4/ предусмотренно четыре класса напряженно-деформированного состояния

рекомендовано назначать в зависимости от допустимых пластических деформаций, размеров сечения, учитывая назначение конструкций, характер нагрузок и т.д.

В настоящей статье произведен анализ работы наиболее нагруженных стержней экспериментальных ферм за пределами упругой работы с построением диаграмм работы "пластических" стержней на растяжение, обозначены допустимые пластические деформации, определено соответствие величине относительной деформации г 1величины секущего модуля упругости

Ец, которое необходимо учитывать при расчете стержней с учетом пластических деформаций.

Основой анализа послужили отчеты о научно-исследовательских работах по темам: "Экспериментальное исследование опытной стальной фермы пролетом 10,5 м"; "Экспериментальное исследование опытной предварительно напряженной фермы пролетом 44,3 м для покрытия машинного отделения главного корпуса тепловой электростанции", проведенные в г.Свердловске в АСиА СССР совместно с кафедрой строительных конегрукций УПИ им.С.М.Кирова под руководством канд. техн. наук Б.А. Сперанского.

Цель исследований состояла в проверке надежности ферм под воздействием статических нагрузок, сравнение действительной работы с теоретическими предпосылками.

Опытная ферма (рис.1) пролетом 10,5 м с параллельными поясами» нисходящими опорными раскосами, высотой 0,8 м. Поперечные сечения всех стержней двухстенчатые, из уголков с разносом 160 мм. Ферма сварная из стали марки Вст.З. Предел текучести стали Яу по данным лабораторных испытаний составил 2860 кг/см2. Ферму испытывали в перевернутом

положении, загружение создавали двумя толкающими гидравлическими домкратами. Каждый домкрат через распределительную балку создавал реактивную нагрузку в двух узлах фермы. Узловые нагрузки увеличивали ступенями - 3,2; 4,1; 4,4 т.

По достижению узловой нагрузки величины 4,4 т резко возросли деформации фермы. Исчерпание несущей способности произошло от развития пластических деформаций стали в средних и соседних с ними панелях верхнего растянутого пояса фермы. Эксперимент был остановлен, т.к. был исчерпан ход поршней домкратов.

Опытная предварительно напряженная ферма (рис.2) пролетом 44,3 м типа "арка с затяжкой" состоит из двух частей - жесткой двухскатной фермы с параллельными поясами и гибкой затяжки из двух стальных семипрядевых канатов. Высота жесткой части в осях поясов 3,6 м. Все стержни одностенчатого сечения из двух уголков тавром. Верхний пояс и раскосы выполнены из стали 14Г2, прочие стержни и узловые фасонки из стали Вст.Зкп. Предел текучести Яу стали Вст.3кп по результатам испытаний образцов принят равным 2640 кг/см2. Все соединения сварные.

Ферму испытывали в проектном положении, загружение создавали шестью толкающими гидравлическими домкратами. Каждый домкрат через распределительную балку создавал реактивную нагрузку в двух узлах фермы. Сила натяжения затяжки составйла 76,4 т, узловые нагрузки увеличивали ступенями - 10; 15; 20; 25; 28,3 т (нагрузка с учетом собственного веса фермы составила соответственно - 11,6; 16,6; 21,6; 26,6; 29,9 т).

По достижении последнего значения в ряду загружений в отдельных волокнах средних симметричных панелей нижнего пояса фермы были замечены пластические деформации. Загружение фермы предатели, т.к. был исчерпан ход поршней домкратов. Испытанная ферма осталась^ неповрежденной с очевидным резервом для эксплуатации.

В результате экспериментов установлены: величины прогибов среднего узла фермы; нагрузка, соответствующая переходу фермы в упругопластичес­ кую стадию работы; нагрузка в момент исчерпания несущей способности.

Расчет ферм выполнялся с помощью вычислительного комплекса РАМА. Расчетные схемы фермы приняты с жесткими узлами. Ж есткости стержней в узлах назначены с учетом дополнительной жесткости фасонок.

В результате расчета определены напряжения а и относительные удлинения в "пластических" стержней (см. рис. 1 и 2), на основании которых построены диаграммы работы на растяжение, зависимости а-е (рис. 3 и 4).

В ферме пролетом 10,5 м нарушение пропорциональности в росте нагрузок и прогибов отмечено при нагрузке 3,2 т (т. В на рис.З), нормальные растягивающие напряжения в наиболее нагруженных стержнях верхнего пояса составили 2163 кг/см2, или 0,82?^, вычисленное относительное удлинение стержня равнялось 0,103%. Течение стали отмечено при узловой нагрузке 4,1 г (т. С на рис.З), напряжения составили 2743 кг/см2, значение относительного удлинения стержня в этот момент - 0,34%, величина ё 1=2,5. По достижении узловой нагрузкой величины 4,4 т (т. 27 на рис.З) резко возросли деформации фермы, напряжения достигли величины 2912 кг/см2, относительное удлинение

Рис. 3. Диаграмма деформирования "пластического" стержня фермы пролетом 10,5 м: 1 - упругая работа; 2 - упругопласти­ ческая работа; 3 - пластическая работа

стержня на начальной стадии пластических деформаций составило 0,59%, величина ёг-4, наибольшее относительное удлинение -- 1,63% (т. Е на рис.З), относительные деформации ё г-12.

тельного модуля на участке составляет 2^=0,122?. Пластические деформации характеризует отрезок СЕ, касательный модуль 2^з составляет 0,0062?.

Рис. 4. Диаграмма работы "пластического" стержня фермы пролетом 44,3 м: / - упругая работа; 2 - упругопластическая работа

В ферме пролетом 44,3 м незначительные неупругие деформации появились по достижении напряжениями величины 1747 кг/см2, что при относительном удлинении стержня 0,08% составляет 0,7Ку, (т. К рис.4); более интенсивно деформации стержня развиваются по достижении напряжениями величины 2375 кг/см2, что при относительном удлинении 0,125% составляет 0,9Яу, (т. М на рис.4). Этапу упругопластических деформаций (отрезок КЫ на рис.4) соответствует касательный модуль Е(^~0,25Е. Наибольшее значение относительных деформаций "пластического” стержня без учета начальных (предварительных) напряжений составило 0,24% (т. 7/ на рис.4), с учетом ~ 0,25%. Величина относительных деформаций 1]~2.

На основании результатов эксперимента и детального анализа работы "пластических" стержней можно предположить, что при расчете стержней ферм

[ё!]=12, то величину секущего модуля Её=Еее (см. рис.З) принимать равной

ОДЯ.

Список литературы

1. СНиП П-А.10-71. Строительные конструкции и основания. Основные положения проектирования. М.: Стройиздат, 1979.

2. СНиП 11-23-81*. Стальные конструкции. М.: ЦКТП Госстроя СССР,

1990.

3. Стрелецкий Н.С. Избранные труды / Под ред. Е.И. Беленя. М.: Стройиздат, 1975.

4. Металлические конструкции: Учеб, пособие для строит, вузов: В 3 т. / Под ред. В.В. Горева. Т 1: Элементы стальных конструкций. М .: Высш. шх., 1997.

5. Прогрессивные металлические конструкции для промышленного строительства /Под ред. В.И. Лабзенко и Р.С. Флорова. М .: Госстройиздат, 1963.

6. Бельский Г.Е. О количественных критериях предельных состояний по непригодности к эксплуатации // Строительная механика и расчет сооружений. 1978. №2. (М.: Изд-во лит. по строит.).

Получено 10.06.99

УДК 624.01

А. И. Бизяее

Нижнетагильский институт Уральского государственного технического университета

ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ФЕРМ

Дана характеристика железобетонных ферм, смонтированных на строительстве цеха хромомагнезитовых изделий в 1963 г.

Одним из направлений технического прогресса в области строительства зданий и сооружений является массовое внедрение в практику строительства высокоэффективных изделий и конструкций.

В качестве эксперимента в 1963 году в г. Нижний Тагил трест «Тагилстрой» на строительстве огнеупорного участка цеха хромомагнезитовых изделий, который представляет собой 4-пролетное здание (три пролета по 18 м и один пролет 24 м, во всех пролетах имеются светоаэрационные фонари), были смонтированы 18-метровые железобетонные фермы нового типа в количестве около 160 штук. Отличительной чертой этих ферм является способ их производства и монтажа.

трапецивидной двускатной. В последнее время чаще применяются типовые сегментные безраскосные фермы.

При возведении однопролетных промышленных зданий широкое использование ферм двускатной формы объясняется тем, что в последующий период эксплуатации на таком покрытии не скапливаются атмосферные осадки, грязь, пыль и не требуется постоянного ухода.

Подробнее остановимся на зданиях промышленных корпусов, имеющих два и более пролетов и имеющих в качестве несущих конструкций покрытия фермы двускатной формы.

Цех по производству хромомагнезитовых изделий находится на территории огнеупорного производства в городе Нижнем Тагиле, состоит из трех пролетов по 18 м и одного пролета 24 м. Во всех пролетах расположены светоаэрационные фонари. Так как фермы имеют двускатную форму, то в стыке двух соседних пролетов они образовали «ложбину», в которую стекали атмосферные осадки с самой крыши и фонаря. В начальный период эксплуатации запроектированные водостоки обеспечивали достаточную скорость удаления воды с крыши здания. Но так как здание находится на территории металлургического комбината, где промышленные выбросы различных производств рассеиваются в атмосферу, на крыше цеха очень быстро стала скапливаться грязь и пыль, которая создавала дополнительную нагрузку на несущие конструкции, ухудшала нормальные условия эксплуатации. Такое покрытие стало требовать периодического удаления этой грязи для предотвращения возможного обрушения конструкций, особенно зимой, когда возникает дополнительная нагрузка на покрытие от снеговых мешков.

Для устранения подобных негативных явлений рекомендуется применять в многопролетных зданиях фермы не с двускатным верхним поясом, а в виде Прямоугольной трапеции. Такие фермы ставятся в крайних пролетах, а в средних пролетах монтируются полигональные фермы. При этом покрытии нет мест, где могла бы концентрироваться грязь в больших количествах, оно не требует каких-либо дополнительных мероприятий по уходу в период эксплуатации. Производство и монтаж рекомендуемых ферм не требуют больших изменений в существующих технологиях.

Получено 10.06.99