Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Пространственно-стержневые металлоконструкции покрытий иметоды их исследования 8
1.1. Конструктивные формы и тенденции их развития 8
1.2. Расчетные модели и методы исследования пространственно -стержневых систем покрытий 24
1.3. Развитие исследований и современные методы расчета тонкостенных стержней - основных элементов несущих конструкций 31
1.4. Цель и задачи диссертации 44
Глава 2. Бесфасоиочные пространственно-стержневые конструкции покрытий с поясами составного профиля из швеллера и уголка и раскосной решеткой из уголков 46
2.1. Анализ пятигранного профиля сечения, образованного из состыкованных швеллера и уголка и область его эффективного использования в строительных конструкциях 46
2.2. Конструктивные формы запатентованных покрытий 53
2.3. Особенности расчета и конструирования бесфасоночных пространственно-стержневых покрытий с поясами составного профиля из швеллера и уголка 59
2.4. Технологические особенности и технико-экономические показатели предлагаемых конструкций 76
Краткие выводы по главе 2 88
Глава 3. Исследование напряженно-деформированного состояния системообразующего стержня составного профиля из швеллера и уголка 90
3.1. Расчетная модель и основные предпосылки 90
3.2. Разработка методики изучения и автоматизация определения напряженно-деформированного состояния стержня составного профиля из швеллера и уголка с использованием алгоритма "Сечение" 96
3.3. Особенности напряженно-деформированного состояния исследуемого стержня при упругой стадии работы материала 108
3.4. Предельное состояние составного профиля из швеллера и уголка по критерию ограниченных пластических деформаций 113
3.5. Практические рекомендации по расчету элементов составного профиля из швеллера и уголка на прочность 119
3.6 Перспективы развития исследований напряженно-деформированного состояния стержней составного пятигранного профиля 129
Краткие выводы по главе 3 133
Глава 4. Экспериментальное исследование стальной бесфасоночной пространственной фермы с верхним поясом составного профиля из швеллера и уголка и раскосной решеткой из уголков 134
4.1. Цель и задачи эксперимента 134
4.2. Методика проведения испытаний 135
4.3. Исследование напряженно-деформированного состояния в упругой стадии при варьировании схемами загружения 146
4.4. Исследование напряженно-деформированного состояния в упругопластической стадии при равномерно распределенной нагрузке 155
Краткие выводы по главе 4 162
Глава 5. Рекомендации по расчету и конструированию бесфасоночных пространственно-стержневых конструкций покрытий с поясами составного профиля из швеллера и уголка 164
Основные результаты и выводы 171
Список используемой литературы 172
- Расчетные модели и методы исследования пространственно -стержневых систем покрытий
- Особенности расчета и конструирования бесфасоночных пространственно-стержневых покрытий с поясами составного профиля из швеллера и уголка
- Особенности напряженно-деформированного состояния исследуемого стержня при упругой стадии работы материала
- Исследование напряженно-деформированного состояния в упругой стадии при варьировании схемами загружения
Введение к работе
Актуальность темы.
Эффективность металлоконструкций определяется уровнем снижения металлоемкости, трудоемкости изготовления и монтажа при одновременной минимизации транспортных расходов, В одноэтажных производственных зданиях конструкции покрытий составляют 36...56% от общего объема работ. Наибольшим рыночным спросом в настоящее время и ближайшей перспективе будут пользоваться здания и сооружения небольших пролетов. Особая роль здесь принадлежит совершенствованию легких металлоконструкций, позволяющих строить просто, быстро, выгодно.
Поиски скрытых резервов привели к созданию новых конструктивных форм, основными несущими элементами которых являются пятигранные трубы составного сечения, образованные из состыкованных швеллера и уголка. Приоритет защищен четырьмя патентами и авторскими свидетельствами, а также тремя заявками на патенты, по которым получено положительное решение. Они экономичны, позволяют реализовать беспрогонное и бес-фасоночное решение покрытия при минимальных трудозатратах на изготовление и монтаж. Предварительный технико-экономический анализ показал, что по сравнению с аналогами можно добиться снижения расхода металла и стоимости.
Серьёзной проблемой внедрения этих конструкций является не изученность работы, как составного пятигранного стержня, так и новых конструктивных форм, созданных на его основе. Решение этих задач можно получить только на базе экспериментально-теоретических исследований. Они позволяют разработать обоснованные рекомендации по проектированию, изготовлению и монтажу, которые представляются актуальными и востребованными в строительстве.
Цель диссертации - Разработка и исследование новых конструктивных решений пространственных конструкций покрытий с поясами составного профиля из швеллера и уголка.
Научная новизна работы представлена следующими основными результатами:
Получена совокупность математических соотношений, характеризующих работу элементов пространственных конструкций покрытий с поясами составного профиля из швеллера и уголка.
Определено напряженно-деформированное состояние составного стержня из швеллера и уголка в упругопластической стадии и разработан способ расчета его прочности по критерию ограниченных пластических деформаций.
Установлена степень влияния податливости примыкания раскосов к поясам исследуемых конструкций на общие деформации пространственно-стержневой системы.
Результаты экспериментальных исследований натурной пространственной конструкции покрытия с верхним поясом составного профиля из швеллера и уголка при различных схемах статического нагружения в стадии упругого и упругопластического деформирования.
На защиту выносятся:
Совокупность научных положений и закономерностей, являющихся основой для расчета стержней составного профиля из швеллера и уголка;
Методика и результаты натурных испытаний пространственной фермы;
Конструктивные решения пространственно-стержневых покрытий с поясами составного профиля из швеллера и уголка и раскосной решёткой из уголков;
4. Рекомендации по проектированию и изготовлению пространственно-стержневых металлоконструкций с поясами составного профиля и раскосной решёткой из уголков.
Достоверность полученных результатов обеспечена корректным использованием основных положений теории тонкостенных стержней, метода конечных элементов и удовлетворительной сходимостью с результатами экспериментальных исследований.
Практическая значимость работы. Разработан сортамент составного профиля образованного из швеллера и уголка. Разработаны конструктивные решения беспрогонных и бесфасоночных покрытий с поясами из составного профиля и дана их технико-экономическая оценка. Разработан инженерный метод расчета элементов пространственно-стержневых конструкций с поясами составного профиля из швеллера и уголка и наклонной раскосной решёткой из уголков. Даны рекомендации по изготовлению, транспортировке и монтажу.
Результаты работы внедрены Новосибирским ЗАО НТЦ "ЭРКОНСиб", Томской проектно-конструкторской фирмой ВОГТЕХПРОЕКТ, и используются при разработке новых и модернизации существующих пространственных конструкций покрытий. Материалы диссертации используются в учебном процессе ТГАСУ по дисциплине "Металлические конструкции" и при переподготовке инженеров-строителей на факультете повышения квалификации.
Публикации
Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в двенадцати научных публикациях, описаниях двух патентов и авторского свидетельства, а также одной заявки на изобретение и двух заявкок на полезную модель, по которым получено положительное решение.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов и списка литературы.
В первой главе дан обзор пространственно-стержневых металлоконструкций покрытий и методов их исследования; сформулированы цель и основные задачи диссертации.
Во второй главе представлены разработанные конструкции покрытий с поясами составного профиля из швеллера и уголка; дан технико-экономический анализ их применения в практике строительства; рассмотрены вопросы, связанные с особенностью расчета элементов конструкций.
В третьей главе представлены результаты теоретических исследований напряженно деформированного состояния системообразующего стержня составного профиля из швеллера и уголка и практические рекомендации по расчету его прочности с учетом развития ограниченных пластических деформаций.
В четвертой главе выявлена действительная работа трехгранной пространственной фермы в процессе натурного эксперимента; здесь же даны сопоставления теоретических и экспериментальных результатов исследований.
В пятой главе даны практические рекомендации по расчету, конструированию и изготовлению бесфасоночных пространственно-стержневых конструкций покрытий с поясами составного профиля из швеллера и уголка.
В основных результатах и выводах приведены основные выводы по результатам проведенных экспериментально-теоретических исследований.
Работа выполнена на кафедре металлических и деревянных конструкций Томского государственного архитектурно-строительного университета при поддержке Гранта 98-21-1.7-21 в области архитектуры и строительных наук, а также темы №211.03.02.010 по программе "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники".
Расчетные модели и методы исследования пространственно -стержневых систем покрытий
Трудоемкость изготовления и монтажа покрытий одноэтажных производственных зданий составляет 50-75% общей трудоемкости их возведения. Это привело к появлению модернизированной конструктивной формы покрытий с реализацией принципов конвейерной сборки и их крупноблочного монтажа [59]. Такая методика была реализована на Горьковском автозаводе, что позволило в процессе строительства увеличить производительность труда в 1,5 раза и существенно сократить сроки строительства по сравнению с традиционными методами [96].
На первом этапе внедрения размеры блоков составляли 24x12 м. и весом 23 т. Они представляли две стропильные фермы с шагом 6 м, объединенные прогонами, распорками, подстропильными балками и связями. В настоящее время существуют свыше 30 типов блочных покрытий [23, 59, 122]. Они проектируются и изготовляются симметричными и несимметричными, консольными и бесконсольными, с подстропильными и без подстропильных конструкций. Ширина блоков от 6 до 24 м. Самый крупный блок большепролетного покрытия имеет размеры в плане 60x24 м [59].
Одним из крупнейших сооружений с реализацией конвейерной сборки и блочного монтажа является завод "Атоммаш" в г. Волгодонске. Площадь по-крытия его составляет 205 тыс. м . Блоки покрытия, разработанные Ленпро-ектстальконструкцией для этого завода имеют размеры 42x24 м. и весят более 200 т. Этот же институт разработал и самые легкие блоки покрытий из гнутосварных прямоугольных труб типа "Молодечно". Ими перекрыто более 3 млн. м производственных площадей [122]. Дополнительный экономический эффект при блокировке таких конструкций можно получить за счет нетрадиционного шага стропильных ферм из ГСП (7+5 м.), оптимизации их высоты, использования стали повышенной прочности [8].
Красноярской архитектурно-строительной академией совместно с ПромстройНИИпроектом проведены исследования и разработка комбинированных блоков покрытий со смешанными конструкциями [1, 2, 90].
Широкое распространение получили блоки покрытий с применением профилированных листов [23, 49] (рис. 1.6). Красноярским ПромстройНИИпроектом разработана конструкция складывающихся блоков покрытия быст-ровозводимого здания [52]. Размер блока 24x3 м. Пояса стропильных ферм из гнутых С-образных профилей. Соединение элементов бесфасоночное. Комбинированные пролетом 18-24 м. с верхним поясом из трехслойных панелей "Сэндвич" и легких наклонных ферм с шагом 6 м. разработаны Всесоюзным институтом легких сплавов [74].
В последнее время получили развитие конструкции пространственных блоков, в которых профнастил выполняет не только ограждающие, но и несущие функции. Среди них блок-покрытие пролетами 12 ... 24 м. и ширииой 3 м., состоящее из ферм с криволинейными поясами, элементами которых являются ГСП и профнастил по верхнему поясу [143].
Интересно решение пространственного трехгранного разворачивающегося блока покрытия, разработанное в Новосибирском архитектурно-строительном университете [24, 104] Здесь верхним поясом является проф-настил. Две поворачивающиеся фермы из одиночных уголков крепятся на болтах к поперечным уголкам. Поворотные фасонки позволяют разворачивать фермы, образуя трехгранный блок. Из двух марок образуется блок покрытия с размерами 6x18, 6x24 м.
В линзообразных блоках покрытия верхними и нижними поясами являются профилированные листы. Стойки и раскосы, размещенные между ними в виде рамок, выполнены из гнутых и прокатных уголков [42]. Для повышения эффективности пояса стальных профилированных листов предварительно напрягаются [85]. Длина блоков 12 ... 18 м. Расход стали 18,8 ... 23,2 кг/м2. Эта одна из самых легких конструктивных форм блочных покрытий.
Обзор показывает, что основные тенденции развития пространственных покрытий направлены на снижение металлоемкости, трудоемкости изготовления и монтажа, и в конечном итоге на снижение стоимости. Это достигается за счет совершенствования конструктивной формы, упрощения узлов сопряжения, укрупнения размеров блоков, рациональных профилей сечения элементов.
Совершенствование конструктивной формы связано с реализацией пространственной работы, сведением к минимуму вспомогательных элементов, минимизацией строительной высоты, совмещения функций несущих и ограждающих конструкций. Упрощение узлов сопряжения связано с использованием бесфасоночных их решений, а также специальных деталей типа коннекторов.
При укрупнении размеров блоков следует учитывать условия транспортировки отправочных марок, парк грузоподъемных механизмов и технологическую оснащенность и обеспеченность строительства. При выборе профилей сечения элементов, и материала следует стремится к максимальному использованию прочностных свойств, конъюнктуре рыночной стоимости профилей сортамента, возможности простейшего сопряжения их в узлах. Все эти противоречивые требования следует учитывать в процессе совершенствования разрабатываемой конструктивной формы.
На ранних этапах внедрения пространственных стержневых конструкций покрытий в строительство ряд теоретических исследований сделаны в области формообразования данных систем, исходя из условий рационального заполнения пространства и одной длины модульного стержня в пределах конструкции. Также проводились исследования в области построения расчетных моделей пространственно-стержневых систем, наиболее корректно отражающих действительную работу конструкции.
Особенности расчета и конструирования бесфасоночных пространственно-стержневых покрытий с поясами составного профиля из швеллера и уголка
На монтаже структурное покрытие собирается из пространственных трехгранных ферм 5, 6 полной заводской готовности, объединенных раскосами 7, которые устанавливаются при укрупнительной сборке и профилированным листом или панелями "сэндвич". Трехгранные фермы 5 и 6 содержат либо один нижний и два верхних пояса, либо один верхний и два нижних пояса, которые соединяются затяжками 4. В состав конструкции покрытия входят торцевые плоские наклонные фермы (рис. 2.7 а), пояса 8, 9 и раскосы 10 которых выполнены их одиночных уголков. Наклонные торцевые фермы выполняют роль подстропильной конструкции и одновременно участвуют в совместной работе пространственного стуктурного покрытия, при этом опи-рание происходит на угловые точки структурной плиты.
Общими конструктивными особенностями рассмотренных пространственных покрытий являются: использование в качестве поясов пятигранного составного профиля из швеллера и уголка; раскосная решетка из одиночных уголков; образование пространственной стержневой системы из наклонных ферм с нисходящими опорными раскосами и треугольной раскосной решеткой; бесфасоночное примыкание раскосной решетка к поясам; беспрогонное опирание кровельного покрытия на верхний пояс пространственной стержневой системы.
Отличительными конструктивными особенностями складчатого покрытие является горизонтальная ориентация стенки швеллера пятигранного составного профиля поясов, регулярность раскосной решетки. Покрытие из трехгранных ферм отличается вертикальной ориентацией стенки швеллера верхнего пояса пятигранного профиля и имеет наименьшее количество элементов, Основными отличиями структурного покрытия от складчатого и покрытия из трехгранных ферм является устройство затяжек по поясам и возможность опирання на угловые точки без использования подстропильной фермы. Конструктивные решения узлов сопряжения раскосов с поясами представлены на рисунке 2.8 (заявка на полезную модель №2003105049/20(005781).
Общие и отличительные особенности пространственных покрытий с поясами пятигранного профиля определяют их достоинства и недостатки.
Недостатком складчатого покрытия является то, что конструктивное решение складчатого покрытия вынуждает ориентировать пятигранный профиль верхнего пояса с горизонтально расположенной стенкой швеллера. Анализ геометрических характеристик пятигранного сечения показывает, что при такой ориентации сечения на 25 ... 45% снижается прочность сжато-изогнутого стержня. Раскосная решетка слабо нагружена и имеет запас несущей способности, в силу ограничения по предельной гибкости. Однако недогруженность раскосной решетки повышает надежность работы узловых сопряжений поясов с раскосами.
Конструктивное решение покрытия из трехгранных ферм позволяет увеличить моменты сопротивления и радиусы инерции внецентренносжатых верхних поясов, по сравнению со складчатым покрытием. Также вдвое уменьшается количество стержней раскосной решетки и сокращается излишний запас её несущей способности. Весомым положительным достоинством является возможность осуществить полное заводское изготовление и блочный монтаж.
Недостатком покрытия в виде трехгранных ферм является отсутствие связующих элементов между верхними поясами складчатой системы, что приводит к необходимости включать профилированный настил в совместную работу со складчатым покрытием. Вследствие этого необходимо более частое крепление профлиста или панелей "сэндвич" к верхнему поясу и повышение контроля за качеством выполнения креплений. Также общим недостатком складчатого покрытия и покрытия из трехгранных ферм является необходимость подстропильных конструкций, не участвующих в совместной работе с несущими элементами покрытия.
Установка затяжек по верхнему и нижнему поясу структурного покрытия делает стержневую систему жесткой и позволяет выполнять монтаж её как единого блока. Эффект пространственной работы покрытия позволяет производить разряжение раскосной решетки на слабонапряженных участках, что дополнительно уменьшает расход металла. Наличие торцевых наклонных ферм дает возможность опирання конструкции без подстропильных ферм.
При всем разнообразии конструктивных форм представленных на рис. 2.5 ... 2.7 пространственно-стержневых металлоконструкций покрытий их объединяет общая топология расчетной модели. Все они имеют жесткие неразрезные пояса, к которым без фасоиок в наклонной плоскости примыкают стержни раскосной решетки из одиночных уголков.
Из-за отсутствия гибких фасонок узлы сопряжения пояса и раскосов в системообразующей наклонной ферме нельзя считать шарнирными. При беспрогонном решении кровельного покрытия расчетная нагрузка передается не в узлы, а равномерно распределена по всему верхнему поясу пентагонального профиля сечения. В этом поясе помимо продольной силы N возникают изгибающие моменты Мх и Му как от внеузлового загружеиия расчетной нагрузкой многопролетного неразрезного стержня, так и от жесткости узлов.
В процессе конструирования узлов неизбежна их расцентровка. Это может привести к появлению дополнительных усилий в элементах конструкции. При опираний торца раскоса в полку поясного уголка (рис. 2.8 а...в) возможна упругая податливость узлового сопряжения, степень влияния которой на работу конструкции остается неопределенной. С учетом отмеченных обстоятельств порядок статического расчета и подбора сечений элементов несущих конструкций покрытия представляется производить по следующей схеме: для заданной конструктивной формы (складчатая система, трехгранная ферма, структурная плита) на первом этапе определяются усилия и подбираются сечения элементов как в пространственно-стержневой системе с шарнирными узлами; на втором этапе конструируются узлы с учетом подобранных сечений элементов, зазоров между ними, технических условий и технологических факторов; определяется наличие эксцентриситетов и их величины; на третьем этапе определяются усилия в пространственно-стержневой системе с учетом неразрезности поясов, жесткости узлов, выявленных эксцентриситетов и по этим усилиям проверяются предварительно принятые сечения; на завершающем этапе производится оценка податливого примыкания раскосов и в необходимых случаях осуществляется корректировка сечений элементов конструкции.
Особенности напряженно-деформированного состояния исследуемого стержня при упругой стадии работы материала
Анализ взаимодействия усилий (рис. 3.11) показывает, что при отсутствии продольной силы дг = 0 графики симметричны относительно обеих осей, следовательно направление (знак) изгибающих моментов при отсутствии продольной силы не влияет на их соотношение. При максимальном положительном и отрицательном значении м х,т.ж на графиках прослеживаются участки параллельные оси м на котором возрастание [М/] не приводит к уменьшению [Л//]. Это связанно с тем, что пятигранное сечение имеет характерные угловые точки расположенные на центральных осях, в отличие от прямоугольного сечения из двух швеллеров и двух уголков (рис. 2.1). Графики взаимодействия предельных упругих моментов таких сечений (рис. 3.12) не имеют горизонтальных и вертикальных участков, так как оба изгибающих момента вызывают максимальные деформации в одной и той же точке сечения.
Характер графика взаимодействия предельных упругих моментов при отсутствии продольной силы иллюстрируется при суммировании эпюр деформаций наружных фибр пятигранного сечения (рис. 3.13). При значении Мх значительно превышающем $ (рис 3.13 а) максимальное значение упругой деформации Б о,8 возникает в обушке уголка (точка 5) на которую момент Му не оказывает влияния, так как точка расположена на оси у. С возрастанием значения момента д/ предельная упругая деформация переходит в обушок швеллера (точка 2), на которую оказывают влияние оба изгибающих момента и возрастание одного из них приводит к уменьшению другого. При изменении знака момента $1Х ситуация будет аналогична, изменится лишь положение предельной упругой деформации с точки 2 на точку 1. Появление продольной силы при наличии обоих изгибающих моментов резко искажает картину работы пятигранного сечения. Графики взаимодействия предельных упругих моментов становятся несимметричны относительно оси м1, а графики с одинаковым значением д7 и - дУ обратно симметричны друг другу. Это приводит к выводу, что направление (знак) и значение предельных упругих изгибающих моментов при наличии продольной силы влияет на их соотношение. При определенном направление и знаке силовых факторов на графиках (рис. 3.11) присутствуют вертикальные участки параллельные оси д/ и участки практически параллельные оси м х. Наличие вертикальных участков пояснялось на рис. 3.13 а), сжимающая продольная сила лишь догружает точку с предельной во,8- Наличие практически горизонтальных участков поясняется рис. 3.14. Максимальная упругая деформация Єо,8 от суммарного действия силовых факторов (рис, 3.14) возникает в полке швеллера (точка 3). Изгибающий момент м1х оказывает малое влияние на эту точку, так как она расположена практически на оси д; Значение деформации є от д / в точке 3 не превышает 1,5% є о,8 Практически постоянное значение д/{, при возрастании мх будет оставаться до тех пор пока предельная Е 0J8 не возникнет в точке 2, на которую оба изгибающих момента оказывают существенное влияние и при возрастании значения одного из них будет происходить уменьшение другого (наклонный участок на графике 3.11 при +Mfx, + м у N = -0 2). Перемена знака д7 1,а отрицательный при наличии дг приводит к перемене знаков в эпюре ш в результате предельная упругая деформация Со,8 будет возникать в точке 1 сечения, на которую оказывают существенное влияние все три силовых фактора. Поэтому на графике (рис 3.11) при -м х, +jjj , -$ нет горизонтальных и вертикальных участков.
Обобщая изложенный анализ можно сказать, что на наступление предельной упругой деформации пятигранного профиля из швеллера и уголка существенное влияние оказывает направление (знак) силовых факторов и их соотношение. Возможны такие случаи, когда возрастание одного из силовых факторов при неизменном значении другого не вызывает появления пластических деформаций. В зависимости от соотношения внешних силовых факторов N, Мх, Му меняются местоположение "критических" точек сечения. Это можно использовать при регулировании усилий в конструкции и добиться перехода всего сечения в упруго-пластическую стадию работы, а не какой-то заведомо обреченной точки.
Исследования особенностей работы составного пятигранного профиля из швеллера и уголка при развитии ограниченных пластических деформаций производится при помощи разработанной программы. Предварительно установим требуемое количество малых площадок пс (ранг деления сечения) по толщине формообразующих элементов пятигранного профиля. Как видно из графика на рис. 3.15 уже при пс — 5 значение изгибающего момента практически не изменяется с увеличением пс, разность значений не превышает 0,05%. Аналогичные результаты получены при варьировании размерами пятигранного профиля и значениями предельных усилий.
На примере произвольно выбранного пятигранного профиля из сортамента (таб. 2.1) проанализируем характер взаимодействия предельных усилий соответствующих появлению в сечении предельной деформации равной Результаты определения предельных усилий при варьировании их соотношением для пятигранного сечения составленного из швеллера №14 (ГОСТ 8240-93) и уголка 100x10 (ГОСТ 8509-93) приведены в виде графиков взаимодействия (рис. 3.16) относительных изгибающих моментов при фиксированном значении относительной продольной силы, соответствующих предельной остаточной пластической деформации [є ост] = 3:
Исследование напряженно-деформированного состояния в упругой стадии при варьировании схемами загружения
В упругой стадии при всех рассмотренных вариантах загружения средние отклонения теоретических и экспериментальных значений нормальных напряжений для пятигранного верхнего пояса составляет ±4,3%; для нижнего пояса из одиночного уголка менее 9%. Центрального сжатия или растяжения в раскосах не зафиксировано. Это связано как с начальными несовершенствами изготовления, так и с особенностью работы бесфасоночных узлов фермы.
При переходе в упруго пластическую стадию максимальные отклонения измеренных деформаций в пятигранном стержне пояса отличаются от теоретических на 7,5%. при уровне є = 1,5. Это связано с известным несовпадением действительной и унифицированной диаграмм работы стали на данном уровне деформаций. В предельном состоянии при s ,max= 4 расхождение экспериментальных и теоретических результатов не превышает 2%. Глубина развития пластических деформаций охватывает все сечение поясного уголка и соответствует теоретическому распределению деформаций. Измеренные остаточные деформации после потери несущей способности с точностью 3,3% совпадают с теоретическими. Остаточные прогибы после разгрузки конструкции — 2 мм, что составляет 20% от максимальных упругих прогибов фермы.
Эксперимент подтвердил основные расчетные предпосылки и результаты теоретических исследований, выполненные в главах 2 и 3 диссертации, а также разработанную методику расчета исследуемых конструкций. Несущая способность исчерпывается в результате появления обширной зоны развития необратимых пластических деформаций одновременно в нескольких сечениях сжато из о гнуто го верхнего пояса пятигранного профиля. При этом механического разрушения в элементах и узлах не зафиксировано.
Разработаны эффективные металлоконструкции покрытий без фасонок, прогонов и связей. Они позволяют одновременно снизить металлоемкость, трудоемкость изготовления и монтажа, транспортные расходы и стоимость в деле. За счет минимальной строительной высоты снижаются расходы на отопление и стеновое ограждение. При их изготовлении используются самые дешевые и распространенные профили проката: швеллеры и уголки. Конструкции номинированы на международной выставке в Москве "METALL-BUILD-2003" и получили высокую оценку специалистов.
Представлены три конструктивные формы покрытий (рис. 2.5...2.8): предусмотрено опирание конструкций как на колонны и подстропильные элементы, так и на кирпичные стены. Для любого снегового района строительная высота пространственно-стержневых покрытий 1,5 м при пролетах от 12 до 24 м. При пролетах до 30-36 м требуется увеличить строительную высоту до 2 м из условия предельного прогиба.
Производство этих конструкций не требует больших затрат, площадей и спецоборудования. Оно может быть организовано как в условиях заводского поточного производства, так условиях механической мастерской. При этом изготовление составного пятигранного профиля из швеллера и уголка рассчитано на условия заводского производства, предусматривающего мероприятия по снижению остаточных сварочных напряжений и антикоррозионной защите внутренней полости составного профиля. Отправочные марки транспортабельны. Регулярность наклонных системообразующих ферм создает архитектурную выразительность интерьера помещения.
Отличительной особенностью разработанных конструкций является использование основного элемента — составного стержня, образованного из состыкованных швеллера и уголка в пятигранный профиль сечения. Разработанный сортамент этого составного сечения (табл. 2.1) рекомендуется использовать при конструировании и расчете бесфасоночных пространственно-стержневых металлоконструкций.
Изготовление системообразующего пятигранного профиля рекомендуется производить с помощью универсального кондуктора (рис. 2.19), сборку плоской наклонной фермы — на стеллаже с помощью упоров и шаблонов для монтажных узлов. Для сборки отправочных марок в виде трехгранных ферм следует использовать пространственные рамы кондукторы, представленные на рис. 2.20.
Для сведения к минимуму влияния сварочных деформаций при изготовлении составного стержня рекомендуется применять обратноступенчатый метод сварки с последовательностью наложения сварных швов согласно рис. 2.19 б. При массовом производстве эффективней использовать автоматическую или полуавтоматическую сварку под слоем флюса.
К торцам пятигранных труб необходимо приварить заглушки для исключения попадания влаги и агрессивных компонентов в замкнутое пространство этих элементов. В процессе изготовления, контроля качества и приемки готовой продукции следует соблюдать технические условия, предусмотренные СП 53-101-98, ГОСТ 23118-99, а противокоррозионные мероприятия - согласно СЫиП 2.03.11-85, ГОСТ 9.402-80, ГОСТ 9.105-80.
Независимо от конструктивной формы покрытия основной отправочной маркой его является трехгранная ферма с поперечным сечением в виде равнобедренного прямоугольного треугольника с размерами катетов 2,12 м и гипотенузой 3 м. Транспортировку и складирование отправочных марок рекомендуется производить пакетами согласно рис. 2.21 с максимальным использованием грузоподъемности транспортного средства. При перевозке автотранспортом рекомендуемая длина отправочной марки не должна превышать 15 м.
При большей длине конструкция разбивается на две одинаковые отправочные марки, которые объединяются перед монтажом посредством фланцевых соединений па болтах. Сборка и монтаж трехгранной фермы производятся традиционными способами с соблюдением правил монтажа и техники безопасности.
Наиболее трудоемким является процесс укрупнительной сборки структурной плиты: сначала на подкладки устанавливается трехгранная ферма 6 (рис. 2.7). К её концам посредством фланцевых болтовых соединений крепят бортовые элементы. К ним присоединяется следующая трехгранная ферма, создавая жесткую обвязку по контуру структуры. Далее верхние и нижние пояса смежных ферм соединяются разряженной системой раскосов.
Здесь же на сборочной площадке можно уложить и закрепить кровельное покрытие. Подъем в проектное положение осуществляется одним краном соответствующей грузоподъемности с использованием строповочной траверсы. При возведении больших площадей возможно применение конвейерного метода сборки и монтажа.
