Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.
Орел: ОрелГТУ, 2008. — 156 с.
05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Коробко В.И. Целью исследования является развитие и совершенствование методов оптимального проектирования, рационального усиления и регулирования усилий в стальных статически определимых и неопределимых балках и фермах, а также оценка и регулирование жесткости ферм как составных конструкций балочного типа с использованием вибрационных технологий. Основными задачами исследования являются:
- с помощью классических методов строительной механики найти точное аналитическое решение для наиболее распространенных расчетных схем статически неопределимых балок, в которых в качестве переменных величин используются геометрические и жёсткостные характеристики элементов усиления, и на их основе разработать методику оптимального проектирования металлических балок путем однократного аналитического расчета;
- разработать методику расчета рационального усиления однопролет-ных балок с постановкой одной или двух предварительно напряженных затяжек, а также предварительно напряженного шпренгеля;
- разработать алгоритм и программу для рационального подбора геометрических и жёсткостных параметров элементов шпренгельного усиления однопролетных балок;
- исследовать характер изменения усилий в элементах типовых металлических ферм, усиленных преднапряженной затяжкой;
- разработать конструкцию покрытия большепролетного здания с использованием комбинированной статически неопределимой вантово-стержневой системы, методику расчета и регулирования усилий в её элементах, с целью рационального их распределения; провести конструирование узлов и дать рекомендации по проектированию таких систем;
- предложить схемы зданий, позволяющих применять разработанную вантово-стержневую систему в наиболее оптимальных условиях;
- исследовать работу фермы с параллельными поясами как составной конструкции с возможностью регулирования её жесткости изменением схемы элементов решетки и с использованием соответствующих значений коэффициента жесткости решетки;
- доказать закономерность о постоянстве коэффициента пропорциональности при произведении максимального прогиба металлических ферм с параллельными поясами, нагруженных в узлах регулярными сосредоточенными силами, на квадрат основной частоты их колебаний в ненагруженном состоянии;
- разработать экспериментально-теоретический способ определения коэффициента жесткости решетки металлических ферм с параллельными поясами с использованием вибрационного метода;
- провести экспериментальное исследование моделей металлических ферм, в ходе которого апробировать разработанную методику;
- провести экспериментальные исследования деревометаллических балок и апробировать предложенный способ определения жесткости шва в составных балках, изготовленных из других материалов. Методы исследования. В ходе проведения теоретических исследований использовались классические методы строительной механики и теории сооружений. При проведении численных расчетов и экспериментов применялись программные комплексы «SCAD» и «Mathcad». Достоверность научных положений и результатов подтверждается:
- использованием фундаментальных принципов и методов строительной механики и теории сооружений;
- сопоставлением теоретических результатов с результатами, полученными в ходе численного эксперимента, а также с экспериментальными результатами динамических испытаний конструкций, полученными в работе и другими исследователями. Научная новизна полученных результатов заключается в:
- выводе новых аналитических зависимостей, связывающих геометрические и жёсткостные характеристики элементов усиления неразрезных металлических балок ступенчато-переменной жесткости и позволяющих полуg чить оптимальный проект балок путем однократного аналитического расчета;
- разработке методик рационального усиления однопролетных металлических балок с помощью предварительно напряженных затяжек и предварительно напряженных шпренгелей, алгоритма расчета таких систем и программ для их реализации с помощью ЭВМ, обеспечивающих оптимальный выбор геометрических параметров элементов усиления путем их вариации;
- разработке новой рациональной конструкции покрытия большепролетного здания в виде предварительно напряженной статически неопределимой вантово-стержневой системы, обеспечивающей пониженную материалоемкость по сравнению с существующими аналогами;
- доказательстве закономерности о постоянстве коэффициента пропорциональности при произведении максимального прогиба металлических ферм с параллельными поясами, нагруженных в узлах регулярными сосредоточенными силами, на квадрат основной частоты их колебаний в ненагру-женном состоянии;
- разработке экспериментально-теоретического способа определения коэффициента жесткости горизонтального шва в двухслойных шарнирно опертых балках с помощью вибрационного метода на примере металлических ферм с параллельными поясами. Практическая ценность работы.
- Разработанные в диссертации методики оптимального и рационального проектирования усиления металлических статически определимых и неопределимых балок позволяют достичь положительного результата при однократном расчете при существенной экономии металла по сравнению с традиционными методами проектирования и могут найти широкое применение как при конструировании новых балок, так и при усилении балочных конструкций в эксплуатируемых зданиях и сооружениях.
- Предложенная в работе вантово-стержневая система для перекрытия большепролетных зданий с уменьшенной конструктивной высотой и пониженной "материалоемкостью по сравнению с существующими аналогами может быть использована для устройства покрытий зданий при реальном проектировании.
- Разработанный экспериментально-теоретический способ определения коэффициента жесткости горизонтального шва двухслойных балок с помощью вибрационный метода может найти широкое применение при диагностике вновь изготовляемых составных конструкций и конструкций, находящихся непосредственно в сооружении.
05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Коробко В.И. Целью исследования является развитие и совершенствование методов оптимального проектирования, рационального усиления и регулирования усилий в стальных статически определимых и неопределимых балках и фермах, а также оценка и регулирование жесткости ферм как составных конструкций балочного типа с использованием вибрационных технологий. Основными задачами исследования являются:
- с помощью классических методов строительной механики найти точное аналитическое решение для наиболее распространенных расчетных схем статически неопределимых балок, в которых в качестве переменных величин используются геометрические и жёсткостные характеристики элементов усиления, и на их основе разработать методику оптимального проектирования металлических балок путем однократного аналитического расчета;
- разработать методику расчета рационального усиления однопролет-ных балок с постановкой одной или двух предварительно напряженных затяжек, а также предварительно напряженного шпренгеля;
- разработать алгоритм и программу для рационального подбора геометрических и жёсткостных параметров элементов шпренгельного усиления однопролетных балок;
- исследовать характер изменения усилий в элементах типовых металлических ферм, усиленных преднапряженной затяжкой;
- разработать конструкцию покрытия большепролетного здания с использованием комбинированной статически неопределимой вантово-стержневой системы, методику расчета и регулирования усилий в её элементах, с целью рационального их распределения; провести конструирование узлов и дать рекомендации по проектированию таких систем;
- предложить схемы зданий, позволяющих применять разработанную вантово-стержневую систему в наиболее оптимальных условиях;
- исследовать работу фермы с параллельными поясами как составной конструкции с возможностью регулирования её жесткости изменением схемы элементов решетки и с использованием соответствующих значений коэффициента жесткости решетки;
- доказать закономерность о постоянстве коэффициента пропорциональности при произведении максимального прогиба металлических ферм с параллельными поясами, нагруженных в узлах регулярными сосредоточенными силами, на квадрат основной частоты их колебаний в ненагруженном состоянии;
- разработать экспериментально-теоретический способ определения коэффициента жесткости решетки металлических ферм с параллельными поясами с использованием вибрационного метода;
- провести экспериментальное исследование моделей металлических ферм, в ходе которого апробировать разработанную методику;
- провести экспериментальные исследования деревометаллических балок и апробировать предложенный способ определения жесткости шва в составных балках, изготовленных из других материалов. Методы исследования. В ходе проведения теоретических исследований использовались классические методы строительной механики и теории сооружений. При проведении численных расчетов и экспериментов применялись программные комплексы «SCAD» и «Mathcad». Достоверность научных положений и результатов подтверждается:
- использованием фундаментальных принципов и методов строительной механики и теории сооружений;
- сопоставлением теоретических результатов с результатами, полученными в ходе численного эксперимента, а также с экспериментальными результатами динамических испытаний конструкций, полученными в работе и другими исследователями. Научная новизна полученных результатов заключается в:
- выводе новых аналитических зависимостей, связывающих геометрические и жёсткостные характеристики элементов усиления неразрезных металлических балок ступенчато-переменной жесткости и позволяющих полуg чить оптимальный проект балок путем однократного аналитического расчета;
- разработке методик рационального усиления однопролетных металлических балок с помощью предварительно напряженных затяжек и предварительно напряженных шпренгелей, алгоритма расчета таких систем и программ для их реализации с помощью ЭВМ, обеспечивающих оптимальный выбор геометрических параметров элементов усиления путем их вариации;
- разработке новой рациональной конструкции покрытия большепролетного здания в виде предварительно напряженной статически неопределимой вантово-стержневой системы, обеспечивающей пониженную материалоемкость по сравнению с существующими аналогами;
- доказательстве закономерности о постоянстве коэффициента пропорциональности при произведении максимального прогиба металлических ферм с параллельными поясами, нагруженных в узлах регулярными сосредоточенными силами, на квадрат основной частоты их колебаний в ненагру-женном состоянии;
- разработке экспериментально-теоретического способа определения коэффициента жесткости горизонтального шва в двухслойных шарнирно опертых балках с помощью вибрационного метода на примере металлических ферм с параллельными поясами. Практическая ценность работы.
- Разработанные в диссертации методики оптимального и рационального проектирования усиления металлических статически определимых и неопределимых балок позволяют достичь положительного результата при однократном расчете при существенной экономии металла по сравнению с традиционными методами проектирования и могут найти широкое применение как при конструировании новых балок, так и при усилении балочных конструкций в эксплуатируемых зданиях и сооружениях.
- Предложенная в работе вантово-стержневая система для перекрытия большепролетных зданий с уменьшенной конструктивной высотой и пониженной "материалоемкостью по сравнению с существующими аналогами может быть использована для устройства покрытий зданий при реальном проектировании.
- Разработанный экспериментально-теоретический способ определения коэффициента жесткости горизонтального шва двухслойных балок с помощью вибрационный метода может найти широкое применение при диагностике вновь изготовляемых составных конструкций и конструкций, находящихся непосредственно в сооружении.