Прочность и деформативность клееных армированных деревянных конструкций при длительном действии нагрузки



страница2/6
Дата23.04.2016
Размер0.66 Mb.
1   2   3   4   5   6

- разработан алгоритм и программа расчета армированных деревянных конструкций с учетом длительно действующей нагрузки;

- получены значения коэффициентов влияния, учитывающие перераспределение усилий в сечениях армированных деревянных конструкций при длительно действующей нагрузке;

- проведена статистическая оценка достоверности полученных значений коэффициента ползучести армированных деревянных конструкций.

- проведены экспериментальные исследования армированных деревянных конструкций при длительном действии нагрузки.

Достоверность теоретических положений, математических и физических моделей, обоснованность выводов обеспечивается: корректностью поставленных задач и использованием общепринятых в механике твердого тела и строительной механике гипотез и допущений. Сравнение численных результатов расчетов по предлагаемой теории подтверждается достаточной сходимостью данных о напряженно-деформированном состоянии опытных конструкций, полученных в ходе экспериментальных исследований, сопоставлением результатов с расчетами по программному комплексу «Лира», а также эксплутационной пригодностью возведенных армированных деревянных конструкций в покрытиях зданий и сооружений.

На защиту выносятся: - новые результаты и зависимости напряженно-деформированного состояния армированных деревянных конструкций при длительном действии нагрузки;

- реологические параметры деформирования армированных деревянных конструкций при изгибе и сжатии с изгибом, представленные на основе моделей упругой наследственности и упруго-ползучего тела, учитывающие перераспределение усилий в сечениях армированных деревянных конструкций вследствие ползучести древесины под нагрузкой;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований опытных конструкций, подтверждающие изменение напряженно-деформированного состояния и деформативности вследствие перераспределения усилий из-за ползучести древесины;

- результаты численных исследований напряженно-деформированного состояния армированных деревянных конструкций при изгибе и сжатии с изгибом позволяющие учитывать влияние длительно действующей нагрузки на эксплуатационные свойства армированных деревянных конструкций.




Практическая значимость и внедрение результатов работы. Разработаны расчетные модели современных армированных деревянных конструкций учитывающие влияние длительного действия нагрузки. Доказана необходимость учета влияния перераспределения усилий в армированных деревянных конструкциях из-за ползучести древесины при длительно действующей нагрузке.

Разработаны методы практических расчетов армированных деревянных конструкций с учетом ползучести древесины и рекомендации по проектированию армированных деревянных конструкций, что позволяет повысить их надежность и долговечность на стадии проектирования и эксплуатации при полном и рациональном использовании свойств таких конструкций.

Результаты диссертационной работы внедрены при строительстве складского здания в г. Владимир, цехов деревообрабатывающих заводов в г. Чебоксары, г. Уфе, г. Абакане.

При разработке рекомендаций по проектированию ДК выполненных в рамках программы «Стройпрогресс-2000».

При проектировании деревянных несущих конструкций институтами «Владимирагропромпроект», «Владимирпромстройпроект», ЦНИИСК имени В. А. Кучеренко, ЦНИИ Промзданий.

Предложения по совершенствованию главы СНиП «Деревянные конструкции», и СТО «Деревянные и цельнодеревянные конструкции».

Внедрены в учебный процесс Владимирского государственного университета.


Апробация работы. Основные положения и полученные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах и научно-технических конференциях ВлГУ (г. Владимир) (1990-2009 гг.); кафедры конструкций из дерева и пластмасс СПбГАСУ (г. Санкт-Петербург) (1996-2009 гг.); ННГАСУ (г. Нижний Новгород) (1996…2008 гг.); на Научно-техническом Совете по ДК Российской Академии Архитектуры и Строительных Наук; научно-техническом совете лаборатории ДК ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко; на международном симпозиуме Московского государственного университета леса (1996 г.); на конференциях в МИКХИС (МГАКХИС) (Москва) (2006-2009 гг.); на международных конференциях МАИЭС (Москва) (2000…2008 гг.); на международных симпозиумах «Современные строительные конструкции из металла и древесины» ОГАСА (г. Одесса) (1995-2008 гг.); на международных и региональных конференциях в г. Самаре, г. Волгограде, г. Харькове, г. Йошкар-Оле, г. Москве, г. Пензе, г. Владимире, г. Архангельске, г. Белгороде, г. Ростове-на-Дону, г. Бресте и др.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 75 печатных работ, в том числе 7 статей в изданиях рекомендованных ВАК.

Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, библиографии и двух приложений. Список литературы содержит 210 наименований, в том числе 27 зарубежных. Работа изложена на 324 страницах, включая 130 рисунков, 18 таблиц.


Содержание работы
Во введении обсуждается актуальность темы, формулируется цель и задачи исследования, положения, выносимые на защиту, научная новизна работы, достоверность экспериментальных и теоретических (численных) исследований, практическая ценность и апробация работы, показаны структура и объем диссертации, количество публикаций по работе, изложено краткое её содержание.

В первой главе рассмотрено современное состояние развития армированных деревянных конструкций в зарубежной и отечественной практике строительства. Показана необходимость учета ползучести при длительных силовых воздействиях.

Правильная оценка опасности разрушения конструкций в условиях длительной эксплуатации требует объективного анализа надежности в зависимости от особенностей армированных деревянных конструкций.

Существующие сведения о длительной прочности и деформативности армированных деревянных конструкций носят отрывочный характер, что сдерживает разработку проектной документации и применение таких конструкций в строительстве.

Методы расчета конструкций с учетом ползучести получили развитие в трудах В.В. Панаджана, В.М. Бондаренко, Ф.П. Белянкина, В.Ф. Яценко, В.М. Коченова, В.И. Колчунова, В.И. Римшина, В.Г. Назаренко, Ю.Н. Хромца, В.С. Фёдорова, Г.Н. Маслова, Е.Н. Серова, Р.С. Санжаровского, И.И. Улицкого, Н.Х. Арутюняна, Ю.В. Слицкоухова, В.Г. Леннова, Н.Я. Панарина, В.Н. Быковского и других авторов.

При расчете деревянных конструкций весьма важным является учет фактора времени, определяющего продолжительность действия нагрузки. Труды И.И. Гольденблата, Ф.П. Белянкина, В.Ф. Яценко, В.М. Коченова, Ю.М. Иванова, В.Г. Леннова, Е.А. Серова, М.А. Кляймана, В.В. Стоянова, Б.В. Лабудина, Д.К. Арленинова, В.В. Фурсова, Р.Б. Орловича, А.Я. Найчука, В.З. Клименко, В.М. Хрулева, М.Д. Корчака, Е.Н. Квасникова В.А. Цепаева и других авторов выявили значительное влияние длительно действующей нагрузки на прочность и деформативность деревянных элементов.

Большой вклад в экспериментально-теоретические исследования деревянных конструкций проведенные в нашей стране внесли И. М. Линьков, В.Ю. Щуко, С. А. Щуко, В. А. Бондин, Ю. Б. Вылегжанин, В. Б. Касаткин, С. В. Колпаков, Л. С. Чеботарева, В. Д. Ли, Б.В. Лабудин, В. М. Соротокин, Б. В. Накашидзе, В. В. Стоянов, Е. А. Смирнов, Я. Ф. Хлебной, А.Я. Найчук, С.Б. Турковский, А.А. Погорельцев, В. С. Шейкман и за рубежом H. Granholm, A. Fischer, E. Levin, B. Bohannan и др., которые выявили высокие конструктивные свойства таких конструкций.

Наиболее полно исследования армированных деревянных конструкций отражены в работах В. Ю. Щуко, Е. А. Смирнова, В. Ф. Бондина, В. Б. Касаткина, И. М. Линькова, В. М. Соротокина, Л. С. Чеботаревой, в которых рассмотрены различные способы армирования клееных конструкций и их влияние на напряженно-деформированного состояние, прочность и надежность.

Однако большинство проведенных исследований посвящалось кратковременным силовым воздействиям на армированные деревянные конструкции, тогда как в процессе эксплуатации преобладают длительные.

Результаты исследований длительной прочности и деформативности армированных деревянных конструкций до настоящего времени не систематизированы и часто носят противоречивый характер, что не позволяет создать нормативную базу, необходимую для разработки метода расчета армированных деревянных конструкций, учитывающего специфику работы при длительных силовых воздействиях.

Отсюда следует, что для надежного и рационального проектирования армированных деревянных конструкций необходимо разработать метод расчета учитывающий влияние ползучести древесины под нагрузкой на перераспределение усилий в таких конструкциях и подтвердить результаты расчета экспериментом. При этом расчетный аппарат имел бы ясный физический смысл, согласованный с классическими расчетными положениями.



Во второй главе рассмотрены теоретические основы расчета при длительном действии нагрузки изгибаемых элементов армированных деревянных конструкций.

Расчет армированных деревянных конструкций при длительном действии нагрузки является дополнением и развитием ранее разработанных методов расчета строительных конструкций с учетом ползучести.

Поскольку действительная работа несущих деревянных конструкций, к числу которых относятся и армированные деревянные конструкции, при эксплуатации связана с действием постоянных и длительно действующих нагрузок их влияние на прочность, деформативность и надежность конструкций необходимо учитывать при проектировании.

В настоящее время реологические свойства древесины, стальной арматуры и соединяющих их клеев в достаточной мере изучены. Характеристики ползучести стальной арматуры, клеевых композиций (эпоксидных) при нормальных температурах и малое время затухания деформаций для этих материалов позволяет заключить, что основной причиной изменения напряженно-деформированного состояния армированных деревянных конструкций во времени является ползучесть древесины.

Особенностью работы, таких конструкций во времени является повышенная деформативность, вызванная ползучестью и снижением модуля упругости древесины.

Длительная прочность и деформативность конструкций исследована достаточно полно в трудах Ю. М. Иванова, Ф. П. Белянкина, В. М. Бондаренко, В. Ф. Яценко, А. м. иванова, В. Н. Быковского, Е.Н. Серова, Н. Л. Леонтьева, К. П. Кашкарова, В.Ф. Иванова, В. Т. Леннова, Е. Н. Квасникова, В. П. Коцегубова, Д.К. Арленинова, В.В. Стоянова и других авторов.

Для решения задачи определения напряженно-деформированного состояния армированных деревянных элементов с учетом длительных силовых воздействий в условиях нормальной эксплуатации, примем допущения, что стальная арматура во времени работает упруго и жестко соединена с древесиной, т. е. ; изменение деформаций по высоте сечения элемента во времени пропорционально расстоянию до нейтрального слоя. то есть, в основу расчета положена первая стадия напряженно-деформированного состояния – стадия условно-упругой работы, что соответствует нормативным требованиям расчета несущих деревянных конструкций по предельным состояниям, т. к. практический интерес представляет изучение напряженно-деформированного состояния конструкций при действии эксплуатационных нагрузок, при которых деформации находятся в зоне затухающей ползучести.

Решение распространяется на область линейной ползучести, в которой деформации в любой фиксированный момент времени линейно связаны с длительно действующими напряжениями. При этом учитывается, что при напряжениях не превышающих предел длительной прочности древесина практически относится к линейно ползучим материалам.

До настоящего времени нет полного физико-химического объяснения природы ползучести древесины. При этом наиболее распространенная точка зрения на природу ползучести сводится к тому, что развитие этих деформаций является следствием перемещения (выдавливания) воды в стенках клеток, вязких деформаций и деформаций клеточно-волокнистого скелета, что позволяет рассматривать древесину как упруго-пластическое и как упруго-ползучее тело.

Теории ползучести подразумевают установление зависимости между напряжениями, деформациями и временем, что может быть представлено в виде функции: , (1)

где - полная относительная деформация в момент времени t; - напряжение в любой момент времени; t – время отсчета; - текущая координата времени.

В современных условиях все существующие теории ползучести носят феноменологический характер, т. е. основаны на описании наиболее изученных экспериментальных явлений.

С целью получения сопоставимых теоретических результатов оценки деформативности армированных деревянных конструкций во времени рассмотрим два метода расчета с учетом ползучести основанных на теориях упругой наследственности и упруго-ползучего тела.

Рассматриваемые теории ползучести основаны на следующих допущениях:

- древесина рассматривается как однородный материал.

-между полными деформациями древесины (мгновенно-упругими деформациями и деформациями ползучести) и напряжениями в ней существует линейная зависимость: (2)

- между напряжениями и деформациями ползучести так же существует линейная зависимость;

- абсолютные величины деформаций (упругих и неупругих) принимаются не зависящими от знака напряжений;

-для деформаций ползучести, как и для упругих мгновенных деформаций, действителен принцип наложения.

Исходя из результатов анализа изохронных кривых ползучести древесины при напряжениях не превышающих предел длительной прочности, который показал, что древесина относится к линейно ползучим материалам и учитывая сформулированные выше допущения, запишем общее уравнение линейной ползучести в виде:

(3)

Здесь - мгновенная деформация, вызванная напряжением, приложенным в момент времени ; - деформация ползучести, возникающая в момент времени t от длительного действия начального напряжения .

Принимая во внимания, что:

(4)

(5)

Из уравнения (5) следует, что полная деформация состоит из упругой деформации:



(6)

и деформации ползучести: (7)

Поскольку уравнение (3) является общим уравнением теории ползучести рассмотрим два метода решения поставленной задачи, основанные на теории упругой наследственности (теория Больцмана – Вольтерра) и теории упруго-ползучего тела (теория Г. Н. Маслова – Н. Х. Арутюняна, В. Н. Быковского).

а) Решение задачи на основе математического аппарата теории упругой наследственности.

Для учета ползучести используем интегральное уравнение Больцмана-Вольтерра: (8)

в котором в качестве ядра, применяемого для древесины, использована затухающая экспоненциальная функция: (9)

где А1 и 1 - постоянные коэффициенты, найденные опытным путем по кривым ползучести

(10)

где Ед и Eд(t) - мгновенный и длительный модули упругости древесины;



ηд - коэффициент времени релаксации.

В итоге выведены расчетные формулы позволяющие определять напряженно-деформированное состояние армированных деревянных элементов в любой момент времени для напряжений в древесине и арматуре:



(11)

(12)

где , Еs, Ед - модули упругости арматуры и древесины; Iпр - приведенный момент инерции расчетного сечения; у - расстояние от нейтральной оси до расчетного слоя; уs - расстояние от нейтральной оси до арматуры; М- изгибающий момент от внешней нагрузки; t - время в сутках выдержки элемента с момента загрузки.

Если положить в формулах (11) и (12) t = 0, то получим упруго-мгновенное решение задачи. Анализ формул (11) и (12) показывает, что с увеличением t напряжения в древесине, вычисляемые по выражению (11) уменьшаются, а в арматуре по формуле (12) – увеличиваются. Это позволяет сделать вывод, что длительная деформативность армированных элементов ниже неармированных, так как ползучесть древесины происходит под действием уменьшающихся во времени напряжений.

1   2   3   4   5   6


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница