Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Святошенко Алексей Евгеньевич. Повышение надежности рамных узлов стальных каркасов многоэтажных зданий : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.01.- Нижний Новгород, 2006.- 222 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/935


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

стр.
Введение 6

ГЛАВА 1. ОБЗОР РАМНЫХ УЗЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В КАРКАСАХ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ

Введение 11

  1. Конструкции рамных узлов каркасов, применяемых в отечественной строительной практике 12

  2. Опыт зарубежной строительной практики конструирования рамных узлов в каркасах многоэтажных зданий 23

  3. Сравнительный анализ конструкций рамных узлов 45

  4. Итоги обзора рамных узлов 47

Выводы по главе 49

ГЛАВА 2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ, РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ РАМНОГО УЗЛА

Введение 50

2.1. Определение уточнённых напряжений в сварном шве,

крепящем горизонтальную накладку к поясу колонны 52

2.1.1. Вычисление нормальных напряжений в сечении накладки
при отсутствии в узле рёбер жёсткости 53

2.1.1.1. Прогиб полубесконечной консольной пластинки,

несущей сосредоточенную нагрузку 56

  1. Прогиб полубесконечной консольной пластинки, несущей распределённую нагрузку 64

  2. Определение нормальных напряжений 65

2.1.2. Вычисление нормальных напряжений в сечении накладки
при установке в узле рёбер жёсткости 73

2.2. Напряжённое состояние пояса колонны, предельные

напряжения 83

Выводы по главе 87

ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННЫЙ РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ РАМНОГО УЗЛА

Введение 89

3.1. Исходные данные 89

  1. Расчётные предпосылки 89

  2. Точность и сходимость результатов расчёта МКЭ 91

3.2. Анализ численного расчёта 92

  1. Напряжённое состояние элементов рамного узла 92

  2. Влияние конструктивных факторов на работу рамных узлов каркасов высотных зданий 97

  3. Защемление ригеля в опорном узле и его влияние на перераспределение усилий 113

3.2.4. Фактический угол поворота опорного сечения ригеля 122

Выводы по главе 125

ГЛАВА 4. ИНЖЕНЕРНЫЙ РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ

Введение 127

  1. Расчёт крайнего рамного узла 128

  2. Расчёт разработанной конструкции рамного узла 137

Выводы по главе 140

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ РАМНОГО УЗЛА

  1. Цель эксперимента 141

  2. Выбор и описание модели 142

  3. Характеристики образцов и материала конструкции 147

  4. Граничные условия 148

  5. Методика и программа проведения эксперимента 151

  6. Методика обработки показаний тензорезистров 154

  7. Результаты эксперимента 155

  8. Сопоставление результатов для образца №1 158

  9. Сопоставление результатов для образца №2 164

5.10.Итоги эксперимента 166

Выводы по главе 168

Основные результаты и выводы 169

5
Библиографический список используемой литературы 171

Приложение А. Фотографии образца №1 185

Приложение Б. Фотографии образца №2 192

Приложение В. Обработка результатов эксперимента 198

Приложение Г. Основные характеристики материалов 208

Приложение Д. Приближенная оценка податливости стенки

колонны 211

Приложение Е. Справки о внедрении результатов работы 214

Приложение Ж. Определение допускаемого усилия на
верхнюю горизонтальную накладку по
различным методикам 221



Введение диссертации:

Актуальность темы. Очевидно, что надёжность строительной конструкции* определяется не только работой её элементов, но и в не меньшей степени точностью расчёта и адекватностью конструирования узловых сопряжений. В отечественных нормах не уделялось [5, 6] и не уделяется [7] должного внимания проектированию узловых соединений. В некоторых случаях конструктивная схема сопряжения элементов рассматривается с технологических позиций.

В связи с темпами роста строительства административных и торгово-выставочных центров в большинстве случаев применяется рамная конструктивная схема здания, которая допускает свободу планировки этажей. Геометрическая неизменяемость здания в продольном и поперечном направлении обеспечивается рамным сопряжением ригелей с колоннами. При выполнении расчётов по первому и второму предельным состояниям, реальное поведение рамного сопряжения играет существенную роль в действительной работе стального каркаса, что показано в работах Павлова А.Б. [66, 67], а также в работах других учёных [95, 34, 43, 93].

Экономическая эффективность и надёжность стальных каркасов, выполняемых по рамной схеме, может быть обеспечена усовершенствованиями методик расчёта. А также, в не меньшей степени, требованиями по конструированию, которые существенно меняют напряжённо-деформированное состояние элементов рамного узла, уменьшая тем самым затраты на изготовление конструкций.

Зачастую на практике возникает проблема адекватности расчёта рамных узлов при преобладании одного из опорных усилий. В большинстве случаев это связано с отсутствием полной информации по фактическому напряжённому состоянию рамного узла.

Отсутствие систематизации ряда работ о взаимодействии элементов рамного узла и получаемых на основе их практических решений зачастую недостаточно.

* — понятие принимается в соответствии с ГОСТ 27751-88 "Належності, строительных конструкций и оснований".

7 Особенности типовой конструктивной схемы рамного узла таковы, что

вовлечение отдельных областей в зону пластических деформаций начинается

на сравнительно низких уровнях нагружения. При этом не рассматривается

влияние упруго-пластической работы части элементов узла на деформации и

перераспределение усилий в каркасе.

Наличие концентраторов напряжений и дефектов, вероятность которых в построечных условиях увеличивается, может приводить к преждевременным отказам.

В связи с аварийными ситуациями в США в 1994 году, было выполнено большое количество экспериментальных и аналитических работ [10, 11, 97, 99, 100, 101, 106, 108, 109]. В результате пересмотрены существующие методики расчёта, а также выдвинут ряд необходимых конструктивных мероприятий.

В настоящий момент методика проектирования рамных каркасов такова, что статический расчёт рассматривается в отрыве от принимаемой конструктивной схемы рамного узла. При определённом соотношении габаритных размеров рамы это может приводить к ошибочным результатам.

Отказ от установки в узле горизонтальных рёбер жёсткости для снижения трудоемкости изготовления приводит к вопросу о граничном усилии на горизонтальную накладку. В связи с этим, необходимо определить начало нелинейной зависимости момента от угла поворота в опорном сечении ригеля.

Оценка эффективности установки подкрепляющих горизонтальных рёбер жёсткости в рамном узле, выдвигает требование по определению фактической эпюры нормальных напряжений в стыковом сварном шве.

В большинстве случаев стенка колонны крайнего рамного узла не проходит по прочности. Поэтому необходимы: четкие вариантные подходы, связанные с конструктивными изменениями рамного узла, а также фактические расчёты его элементов.

Объектом исследования является рамный узел, традиционно применяемый в каркасах многоэтажных производственных и гражданских зданий, выполненных по рамной и рамно-связевой конструктивным схемам.

8 Конструкция рамного узла принята на основе обзора отечественных и

зарубежных изданий металлических конструкций и активно применяется в

настоящий момент. Рассматриваемый рамный узел очень трудоёмок и сложен в

изготовление. Необходимость исполнять все швы в нижнем положении

приводит к усложнению формы верхней горизонтальной накладки.

Исследуемый узел образуется рамным сопряжением ригеля с колонной

двутаврового профиля.

Теоретическое исследование напряжений в зонах узловых соединений методами теории упругости достаточно затруднительно. Это вызвано разнообразием конструкции узлов, которые отличаются: типом профиля, жёсткостью, особенностями сопряжения, а также геометрической формой элементов. Расчёт напряжённо-деформированного состояния рамного узла выполняется МКЭ, на котором основаны все современные ПК.

Цель исследования заключается: в повышении надёжности рамных узловых сопряжений ригелей с колонной в каркасах многоэтажных зданий, а также в оценки влияния конструктивных факторов на напряжённо-деформированное состояние элементов рамного узла.

Задачами исследования являются:

анализ кчшетруктивных схем рамных узлов, применяемых в зарубежной и отечественной практике проектирования;

обобщение результатов работ, затрагивающих проблему расчёта и конструирования рамных узлов стальных каркасов;

уточнение напряженного состояния в элементах узла;

разработка методики по определению нормальных напряжений в сварных швах, крепящих горизонтальные накладки к поясу колонны;

вычисление граничной нагрузки на горизонтальную накладку при отсутствии в модели горизонтальных рёбер жёсткости;

анализ влияния конструктивного исполнения рамного узла на работу стального каркаса;

совершенствование конструкции рамных узлов с целью повышения их несущей способности и увеличения надёжности.

9 Актуальность вышеперечисленных задач обусловлена возможностью

поиска методов их решения и позволяет избрать их в качестве темы

исследования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

разработана методика по определению наиболее значимого компонента нормальных напряжений в элементах рамного узла при двух конструктивных решениях, а именно: с рёбрами жёсткости и при их отсутствии;

решена задача по определению граничного и допускаемого усилия на горизонтальную накладку при отсутствии рёбер жёсткости в конструкции рамного узлового соединения;

на основе анализа расчётов МКЭ и экспериментальных исследований предлагается инженерная методика проектирования (расчёта и конструирования) элементов рамного узла;

разработано новое конструктивное решение рамного соединения ригеля с колонной, позволяющее повысить его несущую способность по сравнению с существующими аналогами.

Практическая значимость. Используя результаты и методики данной работы, проектными организациями может быть достигнут экономический эффект, посредствам наиболее рационального соотношения "надёжность -стоимость". Снижение стоимости в данном случае достигается рациональными конструктивными мероприятиями, увеличивающими несущую способность и жёсткость каркаса.

Разработанная методика позволяет наиболее корректно и с большей точностью выполнять расчёт и конструирование рамных узлов стальных каркасов, увеличивая их надёжность, и избавляя от затрат на ремонтные работы. Например, в результате обширной программы исследования, выполняемой в США [94, 96, 97, 98, 102, 106], заключения экспертов, обследовавших повреждения рамных узлов, сводились к выводу, что часть зданий экономически выгодней демонтировать и построить заново, чем выполнять работы по их усилению.

10 Апробация работы.

Результаты исследований докладывались: на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и студентов (г. Нижний Новгород, 2004 г.); на X Нижегородской сессии молодых учёных (Технические науки, г. Джержинск, 2005 г.); на форуме "Великие реки 2005" (г. Нижний Новгород, 2005 г.); на XIV Польско-Русско-Словацком семинаре (Warszawa, 2005). Результаты исследования применены при разработке рабочих проектов марки КМ (см. Прил. Е.).

На защиту выносятся:

результаты теоретических и численных исследований работы элементов рамных узлов;

методики по определению нормальных напряжений в растянутой горизонтальной накладке при установке и отсутствии в узле рёбер жёсткости;

определение величины граничного и допускаемого усилия на растянутую горизонтальную накладку при нсподкреплённых поясах колонны;

результаты экспериментальных исследований работы элементов рамного узла;

конструктивное решение, позволяющее повысить несущую способность и жёсткость рамного узлового соединения.

Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 9 научных изданиях, одно из которых включено в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК. Общий объём публикаций составляет 1,2 печ. л.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит: из введения, 5й глав, основных результатов и выводов, а также 7" приложений в составе 38 страниц. В общий объём диссертации входят 222 страницы: 148 иллюстраций, 30 таблиц, а также библиографический список используемой литературы 111 источников.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций