Реферат: Разработка, конструирование и исследование деревянного ребристо-кольцевого купола с блоками жесткости и сборно-разборными узлами

Учет длительности действия нагрузки приводит к дальнейшему увеличению расчетных значений перемещений узлов до 1/580 диаметра купола.

Учет коэффициента относительных напряжений, который в нашем случае принимался равный k=2,15, и физически нелинейного модуля упругости позволяют увеличивать расчетные значения перемещения узлов до 1/330 диаметра купола.

Сопоставляя картину деформирования куполов с контрастными схемами расстановки блоков жесткости (блоки жесткости отсутствуют РК-1; блоки жесткости расположены в шахматном порядке по поверхности полусферы РК-2; блоки жесткости расположены по всей поверхности полусферы РК-3), установлено, что разница значений нормальных усилий для всех трех схем куполов находится в пределах 13%. При установке блоков жесткости во все ярусы и секции купола (схема РК-3) расчетные значения перемещений узлов достигают 1/2600 диаметра; при схеме РК-2 – 1/760 диаметра; при схеме РК-1 – 1/40 диаметра купола.

В четвертой главе приведена методика численного и физического экспериментов по исследованию НДС пролетного узла ребристо-кольцевого купола, выполненного в натуральную величину, с техническим решением наконечника РКК-12-СРД3.

Для проведения физического эксперимента была разработана и использована установка, предназначенная для испытания пролетного узла ребристо-кольцевого купола в лабораторных условиях на усилия сжатия и растяжения (рис. 8).

Рис. 8. Схема обозначения основных элементов испытательной установки: 1 – силовой пол; 2 – швеллер №1; 3 – швеллер №2; 4 – панель меридионального элемента; 5 – панель кольцевого элемента; 6 – домкрат; 7 – силоизмерительный датчик (динамометр); 8 – опорный башмак (для сжатых элементов); 9 – опорный башмак (для растянутых элементов); 10 – узловой элемент

Конструкция была подвергнута испытаниям статической нагрузкой. Интенсивность нормативной нагрузки, сосредоточенно приложенной вдоль оси стержней меридиональных элементов, составляет 20 кН. Нагрузку создавали при помощи механических 5 т домкратов и контролировали ее силоизмерительными датчиками (рис. 9, а).

Перед основным испытанием конструкции проводилось пробное загружение, принимаемое 10% от нормативной нагрузки, которое позволяло проверить правильность установки приборов и их способность измерять деформации, удобство осуществления загрузки конструкции, согласованность работы членов испытательной бригады.

В ходе эксперимента величину испытательной нагрузки делили на десять частей. Величину ступени нагрузки принимали равной 10% или 2 кН от нормативной. После приложения каждой ступени нагружения конструкция выдерживалась под нагрузкой 10 мин, время контролировалось секундомером.

В ходе эксперимента измеряли:

- вертикальные перемещения узла при помощи датчика перемещений с тензорезистивной схемой измерения (рис. 9, б);

- горизонтальные перемещения узла при помощи отвеса и жестко закрепленных на основании стенда миллиметровых линеек по направлению Х и Y;

- напряжения в элементах с помощью проволочных тензорезисторов типа КФ с базой 20 мм и 10 мм (для деревянных и стальных элементов соответственно). В качестве регистрирующего устройства использовали измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) MIC-400, заводской № 40104, который имеет сертификат об утверждении типа средств измерений RU.С.34.010.А № 9569 ГОССТАНДАРТа России.

б)
	а)

Рис. 9. Измерительные датчики: а) силоизмерительный; б) перемещений

Силоизмерительные датчики и датчики перемещений разработаны в лаборатории автоматизации эксперимента при кафедре ЖБиКК ТГАСУ.

Всего в испытании узла было использовано: тензорезисторов – 20, датчиков вертикальных перемещений – 1, отвесов – 5, силоизмерительных датчиков – 2.

Для построения расчетной модели с действительными упругими механическими характеристиками цельной древесины были произведены испытания стандартных образцов. В результате эксперимента были определены значения модулей упругости, которые составили: вдоль волокон – 9820 МПа; поперек волокон – 385 МПа.

Численный эксперимент по определению НДС пролетного узла ребристо-кольцевого купола выполнялся с учетом полученных действительных механических характеристик древесины и податливости соединений посредством вычислительных комплексов «SCAD» и «Лира» .

В численном эксперименте автор счел необходимым учесть возможные неблагоприятные факторы, которые могут возникать вследствие технологических допусков. Неблагоприятные факторы (эксцентриситеты, возникающие в результате расцентровки осей стержней в узле) моделировались в расчетной схеме жесткими вставками. Величина жесткой вставки принималась равной 4 мм по ГОСТ 21779-82 для 6 класса точности.

Жесткостные характеристики для древесины в расчетной схеме были приняты следующие: условный модуль деформативности, полученный по формуле (1), значение которого составило Е_y = 5557 МПа, коэффициент Пуассона принимался μ = 0,5, плотность древесины ρ = 5,5 кН/м³ .

В пятой главе изложен анализ результатов численного и физического экспериментов. Дана оценка технологичности изготовления натурной конструкции. Выполнена оценка несущей способности и деформативности разработанного пролетного узла ребристо-кольцевого для купола пролетом 12 м с учетом неблагоприятных факторов.

Изготовление, сборка и монтаж пролетного узла купола выполненного в натуральную величину подтвердили технологичность принятого конструктивного решения и соответствие конструкции скоростному монтажу и демонтажу.

Выполненный численный эксперимент пролетного узла ребристо-кольцевого купола позволил выявить, что начальные эксцентриситеты влияют на значения расчетных перемещений не более 1-2%. Наибольший выгиб узла составил 1/478 диаметра купола, наибольшее усилие в стержнях – 20 кН.

Физический эксперимент показал, что опытная конструкция характеризуется малой деформативностью: при нормативной нагрузке наибольший выгиб узла составил 1/438 диметра купола.

Разработанная конструкция пролетного узла купола обладает достаточной прочностью, жесткостью и надежностью с коэффициентом безопасности 1,2, и может быть рекомендована для использования ее в составе купольного покрытия, а разработанная конструктивная форма ребристо-кольцевого купола - к применению в строительстве.

В конце диссертации приводятся рекомендации по конструированию, расчету и изготовлению деревянных ребристо-кольцевых куполов с блоками жесткости. Указана технология изготовления, сборка и монтаж разработанной конструкции, а также представлена огне-биозащита древесины и металла.

Произведена сравнительная оценка экономической эффективности ребристо-кольцевых куполов с контрастными конструктивными схемами (рис. 10).