РОЗДІЛ 2
НАПРЯМКИ СТВОРЕННЯ ЕФЕКТИВНИХ ОДНОШАРОВИХ ЦИЛІНДРИЧНИХ СТЕРЖНЕВИХ ПОКРИТЬ
2.1. Удосконалення конструкції покриття
Попередні дослідження ?79, 108, 171? були виконані для непідкріплених одношарових циліндричних стержневих покрить. Непідкріплене покриття в роботі ?108? більш докладно досліджувалось В. Д. Свердловим. Були запропоновані також деякі варіанти по удосконаленню конструкції. В даній дисертації зупинимось більш докладно на підкріплених покриттях.
2.1.1. Введення в покриття затяжок
Запропонуємо, як це робиться в арках, підкріплювати таку конструкцію затяжками. Іншими словами підкріпимо покриття в напрямку діі розпору. З введенням такої додаткової жорсткості, безумовно, істотною буде зміна напружено-деформованого стану конструкції. Передбачається, за умови повного використання матеріалу, істотне зменшення деформативності, підвищення надійності роботи конструкції під навантаженням і зниження витрат сталі.
Слід також відмітити, що введенням затяжок можна зменшити стрілу підйому покриття, або збільшити ширину покриття без застосування додаткового шару. Така зміна геометрії конструкції виправдовує себе, адже з'являється реальна можливість значно зменшити витрати сталі на покриття і отримати економічний ефект.
Розглянемо процес введення в покриття затяжок.
Їх кріплення здійснюється натяжними болтами в опорних вузлах нижніх поясів перших граневих ферм покриття (рис. 2.1) (конструкція затяжок повинна задовольняти вимогам міцності і бути оптимальною по масі). При цьому один кінець затяжки закріплюється жорстко, а на іншому кінці передбачається пристрій для механічного натягу динамометричним гайковим ключем при зусиллі 350 кН або домкратом. Однак, напружуючі зусилля можна реалізувати і без застосування домкратів. Для цього запропоновані і розроблені гвинтові муфти з правою або лівою різьбою (рис. 2.2). Щоб муфти не розкручувались, їх після напруження потрібно затягувати контргайками. Розміри муфт визна-чаються дослідним шля-хом і задаються в залежності від діаметра затяжки при заданій несучій здатності або жорсткості.
Затяжки остаточно вступають в роботу після повного закріп-лення їх кінців в приопорних зонах і після повного їх натягу натяжними пристроями.
Міцність затяжки на розтяг описується умовою:
NF ? ? з,
де NF ? зусилля в затяжці від навантажень на покриття; ? з ? несуча здатність затяжки на розтяг.
? з = Аз Rз ?1 ?2 ?3,
де Аз ? сумарна площа перерізів проволок, які складають затяжку; Rз ? розрахунковий опір матеріалу затяжки; ?1, ?2, ?3 ? відповідно коефіцієнти умов роботи проволок, конструкції кріплення затяжки та покриття.
В залежності від кількості панелей в чвертях і окремих гранях покриття пропонується 4 схеми прикладання затяжок (рис. 2.3) за умови розташування їх через кожні дві панелі.
При непарній кількості панелей в чвертях і окремих гранях покриття (n1/4=9; 15) (рис. 2.3, а, б), затяжки влаштовуються на відстані однієї панелі від середини довжини покриття. Парна кількість панелей в чвертях (n1/4=12; 18) (рис. 2.3, в, г) потребує введення затяжки в середню зону. У зв'язку з цим непарна кількість панелей в чвертях і окремих гранях покриття потребує парної кількості затяжок, і навпаки, парна кількість панелей в чвертях і окремих гранях покриття ? непарної кількості затяжок.
Процес введення затяжок в конструкцію покритття пропонується здійснювати на будівельному майданчику з послідуючим обпиранням покриття на фундамент або проектну позначку.
2.1.2. Введення в покриття горизонтальних ферм
Аналогічно суцільним оболонкам стержневе покриття пропонується підкріплювати горизонтальними бортовими елементами. Ефективними в цьому відношенні є горизонтальні ферми, один пояс яких або входить до складу нижнього поясу першої грані покриття, або приєднується до цього поясу, а другий пояс з'єднується з системою покриття за допомогою окремих стержнів (підвісок) (рис. 2.4). Для забезпечення стійкості горизонтальних ферм, підвіски, в місцях з'єднання з конструкцією покриття, повинні ставитись у кожному вузлі ферм. Елементи таких ферм пропонується приймати з труб, адже в трубах більш раціонально використовується матеріал і вони мають збільшену корозійну стійкість і довговічність. В таких елементах кількість важкодоступних (для фарбування) місць значно менше, ніж у швелерних і кутникових профілів. Вузлові з'єднання можливі як у безфасонковому варіанті, так і з фасонками.
Слід також відзначити, що завдяки використанню горизонтальних ферм в таких конструкціях, утворюється додатковий простір для проводки, який можна пристосувати для електродротів, телефонних кабелів та інших інженерних комунікацій.
З введенням розглянутих елементів підкріплення можна очікувати зменшення точок обпирання, що сприяє перекриттю значних прольотів без додаткових опор чи колон, збільшення площі, що перекривається, збільшення радіуса описаного кола, і, як наслідок, зменшення кількості ферм на покриття, зниження маси конструкції.
2.2. Аналіз напружено-деформованого стану несучих конструкцій покрить
При проектуванні конструкцій покрить необхідно мати повну інформацію про їх напружено-деформований стан. Для трьох варіантів конструкції покриття як непідкріпленої, так і підкріпленої затяжками і горизонтальними фермами за допомогою програмного комплесу SCAD виконаний розрахунок напружено-деформованого стану покрить від дії симетричного навантаження при різній кількості чарунок (L/a=12; 30; 48) в напрямку твірної (а=3,011 м ?147?). На рис. 2.5 - 2.13 приведені епюри зусиль в стержнях покриття і переміщення вузлів та елементів для 1/4 частини покриття. Жорсткісні характеристики для розрахунку трьох варіантів прийняті однаковими, переріз елементів А=19,2·10-4 м2.
Як бачимо, непідкріплене покриття характерне тим, що великі зусилля в ньому виникають в розкосах, які розміщені в кутах панелі, тоді, коли в системах, підкріплених затяжками і фермами, зусилля в цих елементах зменшуються майже в 1,5 р