Каталог: Проектирование / Конструктивные решения / Анализ результатов численного исследования сжато-изогнутых деревянных стержневых элементов пологих сетчатых куполов Назад в оглавление

Опубликованные научно-технические статьи ООО "ЦЭиПСК"

Общее количество статей: 121

Анализ результатов численного исследования сжато-изогнутых деревянных стержневых элементов пологих сетчатых куполов

Уникальный номер статьи: 52; дата публикации: 12 июня 2016 г. 21:32

Д.т.н., проф., зав. каф. КДиП СПбГАСУ Б.К.Михайлов, аспирант каф. КдиП СПБГАСУ А.С. Шеховцов.

Анализ результатов численного исследования  сжато-изогнутых деревянных стержневых элементов пологих сетчатых куполов.

Определение усилий в пологих сетчатых куполах обычно выполняется с использованием расчетной модели сплошной оболочки по безмоментной теории [1]. По предельному значению этих усилий устанавливают несущую способность этой оболочки. В реальных конструкциях эти усилия, а также распределенная поперечная нагрузка, воспринимаются стержневыми элементами [2]. В связи с этим проводятся теоретические и экспериментальные исследования по определению максимальной величины продольных усилий в стержнях сетчатых куполов.

Известно небольшое количество работ, посвященных теоретическим и экспериментальным исследованиям работы деревянных стержневых элементов сетчатых куполов под действием продольной и поперечной нагрузок с учетом нелинейного процесса деформирования [3,4,5 и др] .

В этих работах расчет напряженно-деформированного состояния (НДС) сжато-изогнутых деревянных конструктивных элементов выполняется с различными теоретическими подходами, и оценка точности теоретического решения производится по различным параметрам экспериментального исследования.

Например, в [3] проводились теоретические и экспериментальные исследования стержней из древесины сосны и ели на кратковременное внецентренное сжатие. Сравнение результатов численного и экспериментального исследований проводилось по величине коэффициента продольного изгиба .

В работе [4] исследовалось НДС внецентренно-сжатых деревянных стержневых элементов  сетчатых куполов при одновременном действии продольной и поперечной нагрузки. В качестве параметра, характеризующего это нагружение, был принят относительный обобщенный вектор нагрузки ,                                                       (1)                                                                                                    

где - нагрузка, действующая при i-м этапе нагружения, - нагрузка, вызывающая максимальное сжимающее напряжение в торце деревянного элемента , определяемая по линейному расчету без учета факторов, влияющих на нелинейность работы конструкции.

Некоторые исследователи [5] проводили оценку соответствия результатов теоретических исследований сжато-изогнутых стержневых деревянных элементов распорных конструкций физическому эксперименту по величине нормальных напряжений в наиболее напряженных сечениях.

Согласно методике расчета строительных конструкций по предельным состояниям,  несущую способность сжато-изогнутого элемента необходимо проверять по формуле ,                                                                                                              (2)                                                                                   где - совместное силовое воздействие продольных и поперечных сил,                                                                                      - коэффициент, устанавливающий пропорциональную связь между величинами продольной и поперечной нагрузок, - продольная сила, приложенная к стержню с эксцентриситетами (функция нагрузок, действующих на сооружение),  - несущая способность деревянного элемента с заданными характеристиками (функция свойств материала и размеров элемента).

В рассматриваемом случае , следовательно:

.                                                                                                                                 (3)

В нашем случае  выступает как экспериментальное значение нагрузки,  - как теоретическая величина предельного нагружения. Таким образом, при проведении сравнительного анализа результатов экспериментальных и теоретических исследований несущей способности сжато-изогнутых деревянных стержней, полученных другими авторами, следует пользоваться параметрами:- теоретическое значение критической нагрузки;  - экспериментальное значение критической нагрузки [7].

В [3,4] авторы обеспечили требования Государственных стандартов на испытания, следовательно, неизменные условия проведения эксперимента и одинаковую для собственных исследований точность при определении .

Сравнительные расчеты выполнялись с использованием программы ЭВМ, разработанной на основе наших теоретических исследований [2,6].

С целью отладки программы численный эксперимент проводился поэтапно от простых расчетных схем внецентренно-сжатых сосновых стержней без поперечной нагрузки к более сложным при одновременном действии продольной сжимающей и поперечной нагрузок.

В работе [3] прочностные свойства древесины стержней принимались в соответствии с экспериментальной диаграммой зависимости «», полученной на основе испытаний стержней на сжатие и растяжение и аппроксимированной выражениями: , , средний предел прочности древесины сосны на сжатие .

Результаты эксперимента [3] представлены в столбце 6 таблицы (1). Результаты  сравнительного расчета  по [2,6] представлены в столбце 7 таблицы (1).

В работе [4] проводился физический эксперимент по определению критических значений продольной и поперечной нагрузок, одновременно приложенных к сосновым стержневым конструктивным элементам сетчатого купола. Предел прочности древесины сосны на сжатие принимался                                                            

Результаты эксперимента [4] представлены в столбцах 6,8 таблицы (2). Результаты  сравнительного расчета  по [2,6] представлены в столбцах 7,9 таблицы (2).

Достоверность полученных по предлагаемой нами инженерной методике [2,6] значений величин  подтверждается удовлетворительным совпадением с результатами экспериментальных исследований [3,4]  для рассмотренных расчетных схем.

Таблица 1

Таблица 2

Список литературы

  1. Г.И. Пшеничнов. Теория тонких упругих сетчатых оболочек и пластинок. – М.:Наука,1982.-352с.
  2. А.С. Шеховцов. К вопросу устойчивости внецентренно-сжатых деревянных стержневых элементов сетчатых куполов // Промышленное и гражданское строительство. -   2007. - № 3. – с. 49-50.
  3. А.С. Вареник. Устойчивость сжатых элементов деревянных конструкций: дисс. на соискание уч. степени к.т.н., - Новгород, 1994. – 108 с.
  4. Б.В. Миряев. Методы расчета и конструктивные решения сетчатых куполов из дерева и пластмасс., - Пенза, 2005. – 151 с.
  5. Д.К. Арленинов. Эффективные деревянные конструкции и методы их расчета с учетом нелинейных зависимостей: автореф. дисс. на соискание уч. степени д.т.н., - Москва, 1995. – 43 с.
  6. П.Е. Товстик, А.С. Шеховцов. Нелинейный изгиб балки из разномодульного материала // Вестник СпбГУ. – 2007. - № 4.
  7. В.А. Трулль К вопросу об оценке результатов испытаний элементов конструкций на основе методики расчета по предельным состояниям. – В кн.: Доклады межведомственной конференции по испытаниям сооружений. – Л.,1968. № 51.

Консультации технического отдела
+7-903-095-09-10 (Евгений)
Звоните в технический отдел в удобное для Вас время
gip@gip.su