Содержание к диссертации
ВВЩЕНИЕ 5
DIABA I. БИМОМЕНТНЫЕ ТЕМПЕРАТУРНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ 10
1.1. Состояние вопроса по температурным напряжениям
в тонкостенных стержнях 10
-
Температурные деформации, напряжения и перемещения в тонкостенных стержнях 14
-
Разрезной тонкостенный стержень при произвольном температурном воздействии 20
-
Бимоментная теория температурных напряжений В.З.Власова 22
-
Устойчивость статически определимых тонкостенных стержней при температурных воздействиях ... 26
1.6. Выводы по главе I 31
ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ СДВИГА НА НАПРЯЖЕННОЕ
СОСТОЯНИЕ СТЕРЖНЕЙ 33
-
Общий вариационный метод В.З.Власова применительно к температурным воздействиям 33
-
Напряженно-деформированное состояние стержня узкого прямоугольного сечения с учетом деформаций сдвига 38
-
Учет деформаций сдвига в тонкостенных стержнях сложного поперечного сечения 48
-
Приближенный метод определения концевых сдвигающих и отрывающих усилий между различными элементами сечения 61
-
Выводы по главе 2 66
ГЛАВА 3. ШГИБ ТОНКОСТЕННЫХ С1ЕРЖНЕЙ БЕЗ ЗАКРУЧИВАНИЯ .. 68
-
Влияние изменения температуры по толщине элементов сечения на продольные напряжения 68
-
Характер напряженного состояния тонкостенного стержня открытого профиля при изменении температуры по толщине 75
-
Влияние стесненности поперечных деформаций контура сечения на температурные напряжения в коробчатых стержнях 79
-
Особенности распределения напряжений в стержне замкнутого сечения 83
3.5. Выводы по главе 3 88
ГЛАВА 4. МЕТОДЫ РАСЧЕТА НЕРАЗРЕЗНЫХ ТОНКОСІЕННЬІХ СТВШНЕЙ
ПОСТОЯННОГО СЕЧЕНИЯ ПРИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ВОЗДЕЙСТ
ВИЯХ 90
-
Аналогия между силовым и температурным воздействием в тонкостенных стержнях 90
-
Метод начальных параметров 94
-
Уравнение трех бимоментов 101
-
Влияние неразрезности на характер термонапряженного состояния тонкостенного стержня 107
4.5. Выводы по главе 4 НО
ГЛАВА 5. ТОНКОСТЕННЫЕ СТЕРЖНИ ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ ИЗ
-
Граничные условия в местах сопряжения двух участков тонкостенного стержня с различными сечениями ИЗ
-
Стержни ступенчато-переменного сечения при температурных воздействиях 122
-
Стержни плавно-переменного сечения 126
5.4. Влияние переменности сечения на температурные
напряжения в тонкостенном стержне 133
5.5. Выводы по главе 5 141
ВЬШОДЫ И ЗАМКЛЕНИЕ ПО РАБОТЕ 142
ЛИТЕРАТУРА 145
ПРИЛОЖЕНИЯ 154
Введение к работе
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года предусмотрено ввести не менее 5 тыс. километ^ров вторых путей на железнодорожном транспорте, построить не менее 3,6 тыс. километров новых железнодорожных линий; намечено ускоренное развитие опорной сети магистральных автомобильных дорог; повышение эффективности капитальных вложений предусматривается на основе использования достижений научно-технического прогресса .
Развитие сети железных и автомобильных дорог предполагает проектирование и строительство надежных и долговечных мостовых сооружений. Одним из прогрессивных типов этих конструкций являются сталежелезобетонные пролетные строения. Наиболее распространены конструкции из двух сплошностенчатых главных балок и железобетонной плиты проезжей части. Их эффективность достигается за счет включения сжатой железобетонной плиты в совместную работу с верхними поясами стальных балок, что дает значительную экономию стали.
Различие в тешюфизических свойствах железобетона и стали обуславливает существенные напряжения в этих конструкциях от температурных воздействий. В то же время, методы их расчета на изменение температуры до сих пор остаются на уровне 60-х годов.
Объектом исследования в данной работе являются сталежелезобетонные балочные пролетные строения со сплошной стенкой, которые с достаточной степенью точности можно рассматривать как тонкостенные стержни.
Задачей настоящего исследования явилось развить теорию температурных напряжений в тонкостенных стержнях открытого профиля, на основе которой проанализировать пространственную работу указанных конструкций при температурных воздействиях и дать практические рекомендации по определению в них температурных усилий, напряжений и деформаций.
Методы расчета сталежелезобетонных конструкций рассматривались в монографиях Е.Е.Гибшмана /16/ и Н.Н.Стрелецкого /65/. Современное состояние в области расчета, конструирования и возведения сталежелезобетонных пролетных строений дано Н.Н.Стрелецким в книге /66/.
Расчетными температурными воздействиями на рассматриваемые конструкции являются резкое повышение или понижение температуры воздуха, облучение плиты проезжей части или стенки крайней балки прямыми солнечными лучами. Кроме этого, температурные воздействия могут исходить и от других источников тепла, например теплотрасс, проложенных по пролетному строению.
Практикующиеся в настоящее время расчеты на температурные воздействия /67,71,72/ часто не выявляют опасных напряжений с точки зрения образования и раскрытия трещин в железобетонной плите. Расчет ведется по плоской схеме. Каждая балка с прилегающим к ней участком плиты рассматривается независимо от соседних. Использование в практике проектирования до сих пор плоской расчетной схемы связано с развитием представлений о температурном режиме объединенных конструкций.
В начальный период эпюра температур принималась постоянной по высоте балок или изменяющейся по линейному закону, с перепадом между железобетоном и сталью. При этом для нагреваемой и теневой балок различие температур считалось не очень существенным, и плоский расчет был оправдан.
К этому периоду относятся работы Е.Е.Гибшмана /16/, М.К. Бородича /5,6/, С.Н.Ерлыкова /33/, Н.Н.Чудновского /78/, Н.Н. Глинки /17/, В.Н.Мастаченко /45/, В.И.Саблина и В.И.Окунцова /62/, К.К.Якобсона /81/, М.Гервера /87/.
Затем В.А.Долговым, исследованиями на большом количестве пролетных строений, расположенных в различных районах Советского Союза, было установлено, что при падении прямых солнечных лучей на стенку крайней балки эпюра температур в ней существенно нелинейна, и температурный режим нагреваемой балки значительно отличается от режима затененных балок /28,32/.
Этот вывод был подтвержден работами лаборатории гидравлических аналогий ЦНИИСа, выполненными под руководством В.В. Пассека. Влияние суточных колебаний температуры воздуха, солнечной радиации, скорости и направления ветра, влажности воздуха, выпадения росы и других факторов на температурный режим конструкций рассмотрено В.В.Заковенко /34/.
Указанные выше исследования позволяют сделать вывод, что распределение температур.в пролетных строениях является пространственным. Очевидно, что напряженное состояние, вызываемое температурным воздействием, также пространственное. Пролетное строение удлиняется, изгибается в вертикальной и горизонтальной плоскостях и закручивается за счет различного прогиба нагреваемой и теневой балок. В связи с этим возникла необходимость анализа пространственной работы пролетных строений и разработки более обоснованных рекомендаций по учету, температурных воздействий на сталежелезобетонные пролетные строения.
Развиваемые в настоящей работе методы базируются на математическом аппарате теории тонкостенных стержней открытого профиля В.З.Власова /7,13,19,42,74/. На основе этой теории сравнительно легко создать простую инженерную методику определения температурных напряжений, деформаций и усилий. Плоский расчет при этом явится частным случаем общей формулы пространственного расчета. Последнее обстоятельство способствует более легкому внедрению методов пространственного расчета на температурные воздействия в повседневную инженерную практику.
Теория тонкостенных стержней, как инженерный метод пространственного расчета, имеет значительно меньшую трудоемкость по сравнению с другими методами /57,59/. Исследование температурных напряжений в пролетных строениях как системах плит и балок рассматривалось в работах В.А. Долгова, Е.В.Ха-ричева, С.Л.Субботина /25,29,31,69,70,75/.
Для учета деформаций сдвига в коротких пролетных строениях в настоящей работе предлагается использовать общий вариационный метод В.З.Власова. В отличие от работы /12/ здесь рассмотрен случай температурных воздействий. Важно заметить, что теория тонкостенных стержней открытого профиля может рассматриваться как частный случай общего вариационного метода, когда не учитываются деформации сдвига и изгиба контура поперечного сечения /13/. Существенно также то, что общий вариационный метод позволяет путем последовательного увеличения числа степеней свободы переходить от теории тонкостенных стержней к более сложным и точным расчетным схемам.
Научная новизна работы состоит в дальнейшем развитии теории температурных напряжений в тонкостенных стержнях. В работе рассмотрено влияние деформаций сдвига на термонапряженное состояние, предложена методика учета изменения температуры по толщине элементов сечения и стесненности поперечных деформаций на продольные напряжения, а также общая устойчивость статически определимых тонкостенных стержней при нелинейном распределении температуры по поперечному сечению. Дано исследование методов расчета неразрезных тонкостенных стержней постоянного и переменного сечения при температурных воздействиях.
На защиту выносится: методика определения критической температуры при крутильной форме потери устойчивости статически определимых тонкостенных стержней; методика учета деформаций сдвига и работы продольных сквозных связей при температурных воздействиях; методика учета влияния поперечных температурных напряжений на продольные нормальные напряжения; аналогия между силовым и температурным воздействием на тонкостенный стержень; методики расчета неразрезных тонкостенных стержней постоянного и переменного сечения при температурных воздействиях-; анализ результатов расчета реальных конструкций типа тонкостенного стержня (пролетных строений).
Выполнению данной работы способствовало поддерживаемое на протяжении ряда лет творческое содружество между Калининским политехническим институтом, ЦНИИПроектстальконструкцией и ВНИИ транспортного строительства (ЦНИИСом).
Автор приносит искреннюю благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору В.Г.Зубчанинову и заведующему кафедрой "Строительная механика" Калининского политехнического института кандидату технических наук, доценту В.А.Долгову за научную, методическую и организационную помощь в подготовке диссертации.
