Дисертация
  • формат pdf
  • размер 150,13 МБ
  • добавлен 17 июля 2014 г.
Давыдов Е.Ю. Металлические тонколистовые покрытия зданий и сооружений из панелей-оболочек индустриального изготовления
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Минск: БНТУ, 2010. — 295 с.
05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения
Цель работы : создание эффективных решений покрытий на основе тонколистовых металлических оболочек, обеспечивающих снижение трудовых и материальных затрат. Экспериментальная апробация новых конструктивных форм покрытий и решение научно-технических вопросов, связанных с особенностями разработанных конструктивных форм.
Научная новизна работы и значимость полученных результатов.
Научную новизну составляют следующие впервые полученные результаты:
-разработано и исследовано направление по использованию конструктивно-анизотропных металлических материалов для образования криволинейных поверхностей в виде составных оболочек покрытий с высокой степенью индустриализации;
-проведены комплексные исследования составных металлических оболочек покрытий отрицательной гауссовой кривизны с пролетной конструкцией из конструктивно-анизотропных материалов. Проведенные исследования позволяют выявить 'закономерности образования напряженно-деформированных состояний оболочек из конструктивно-анизотропных материалов в зависимости от вида и схем распределения внешних воздействий, кривизн пролетных конструкций, наличия нерегулярных жесткостных включений и вида граничных условий;
-разработана методика определения усилий и перемещений составных металлических оболочек покрытий, позволяющая учитывать следующие особенности: конструктивную'анизотропию пролетной конструкции, которая выражается в резком различии физических характеристик в направлении продольных и поперечных линейчатых образующих, а также в различных напряженных состояниях - моментном в продольном и безмоментном в поперечном направлениях; появление в пролетных конструкциях деформаций, необусловленных напряжениями; наличие перемещений, значительно превышающих приведенную толщину пролетных конструкций; превышение на порядок и более относительных деформаций в направлении поперечных линейчатых образующих над относительными деформациями в направлении продольных линейчатых образующих пролетной конструкции;
-проведены экспериментальные и теоретические исследования диска покрытий из гиперболических панелей-оболочек, позволяющие учитывать особенности оболочечных покрытий при определении степени пространственной работы каркаса зданий и сооружений;
-определены возможности по регулированию усилий в составных металлических оболочках покрытий и получены аналитические зависимости по вычислению основных параметров напряженно-деформированных состояний пролетной конструкции и элементов опорного контура;
- получены экспериментальные схемы распределения напряжений в поверхностях отрицательной гауссовой кривизны из конструктивно-анизотропных материалов при наличии ослаблений и определены аналитические зависимости, позволяющие вычислять напряженное состояние вблизи отверстий в конечных поверхностях с учетом их размеров и размеров отверстий, формы распределения основных напряжений и расположения отверстий относительно эпюр основных напряжений;
-для не развертывающихся поверхностей в форме гиперболического параболоида получены экспериментальные результаты, определяющие условия и возможность их трансформирования в плоскость. На основании экспериментальных данных разработан аналитический метод по определению основных характеристик напряженно-деформированных состояний, возникающих в процессе трансформирования.
Практическая значимость полученных результатов.
Значимость диссертационного исследования состоит в следующем:
- разработана научная основа для совершенствования металлических покрытий, на основе составных оболочек,- компонуемых из панелей-оболочек индустриального изготовления, с использованием конструктивно-анизотропных материалов;
- разработанные решения металлических покрытий позволяют существенно улучшить технико-экономические показатели объектов массового строительства за счет резкого сокращения количества конструктивных элементов, используемых в традиционных покрытиях, и переносом значительной части технологических операций в заводские условия. Кроме того, разработанные конструктивные решения позволяют в два-три раза уменьшить строительную высоту покрытий и, тем самым, уменьшить объем зданий и сооружений, что обеспечивает сокращение трудоемкости, материалоемкости и снижает эксплуатационные, прежде всего, энергетические затраты. Интерьер, создаваемый гиперболическими панелями-оболочками из конструктивно-анизотропных элементов, позволяет отказаться от применения подвесных потолков; что также способствует сокращению трудоемкости и материалоемкости строительнь1х объектов, прежде всего, общественного назначения;
-разработанная методика расчета позволяет определять параметры напряженно-деформированных состояний составных оболочек покрытий, где в качестве пролетной конструкции используются элементы, обладающие резкой конструктивной анизотропией. Методика расчетапозволяет определять напряжения и деформации с учетом геометрической нелинейности при больших перемещениях, при неравновесных.нагрузках и при резко отличающихся размерах панелей-оболочек в плане. Разработанная методика расчета включена в Пособие по проектированию мембранных конструкций, предназначенное для инженерно-технических работников строительных и проектных организаций;
-исследования панелей-оболочек с предварительными (собственными) напряжениями позволяют регулировать усилия в промежуточных ригелях составных оболочек и снижать деформативность пролетной конструкции. Результаты исследований использовались при разработке рабочих чертежей панелей-оболочек с зенитными фонарями. Регулирование усилий было внедрено при строительстве Оздоровительного центра в городе Минске, где зенитные фонари применялись в качестве напрягающих элементов;
-коэффициенты пространственной работы, полученные по результатам исследований диска покрытия из стальных гиперболических панелей-оболочек, позволяют вести расчет с учетом перераспределения усилий, уменьшают значения расчетных усилий в элементах поперечных рам и обеспечивают снижение материалоемкости несущих конструкций. На основании проведенных исследований определены коэффициенты пространственной работы для наиболее распространенных зданий с металлическими покрытиями в виде составных оболочек;
-формулы по определению напряженных состояний оболочек вблизи ослаблений, полученные на основании проведенных исследований, позволяют определять значения напряжений в растянутых конечных поверхностях из конструктивно-анизотропных элементов и обоснованно проектировать усиления в местах расположения технологического оборудования;
-исследования напряженно-деформированного состояния оболочек отрицательной гауссовой кривизны при их трансформировании в плоскость, в том числе, с уже уложенными элементами кровли, позволяют определять характеристики напряженно-деформированного состояния и без необратимых деформаций переводить панели-оболочки в плоское состояние, что существенно упрощает процесс устройства кровли, а также транспортирование. и складирование панелей-оболочек. Результаты исследований по трансформированию гиперболических панелей-оболочек нашли применение при строительстве Складского здания в Минске; -по результатам проведенных исследований осуществлено проектирование и строительство общественных и производственных зданий на территории Республики Беларусь. Наиболее значимыми объектами являются: Универмаг «Беларусь» и Оздоровительный центр в Минске, Общественное здание и Цех гидролиза в Гомеле. Разработанная проектная документация пригодна для повторного применения;
-на основании экспериментальных и теоретических исследований, опыта проектирования и строительства разработанных конструктивных решений, а также на основании многолетних наблюдений за построенными объектами, составлены таблицы по подбору сечений основных элементов составных оболочек покрытий из конструктивно-анизотропных материалов.
Похожие разделы