Кузнецов Алексей Анатольевич. Местная устойчивость сетчатых деревянных куполов

Краткое описание

Кузнецов Алексей Анатольевич. Местная устойчивость сетчатых деревянных куполов : Дис. ... канд. техн. наук : 05.23.01 Пенза, 2006 126 с. РГБ ОД, 61:06-5/1923

61:06-5/1923
УНИВЕРСИТЕТ АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬСТВА
На правах рукописи
Кузнецов Алексей Анатольевич
МЕСТНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ СЕТЧАТЫХ ДЕРЕВЯННЫХ
КУПОЛОВ
Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции,
здания и сооружения
Диссертация на соискание ученой степени кандидата
технических наук
Научный руководитель кандидат технических наук доцент Миряев Б.В,
Пенза 2006 
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ОПЫТ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ВОЗВЕДЕНИЯ СЕТЧАТЫХ КУПОЛОВ ИЗ ЛЕГКИХ, ЭФФЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ 8
1.1. Теоретические и экспериментальные исследования купольных
покрытий 9
1.2. Исследования местной устойчивости сетчатых куполов 19
1.3. Примеры проектирования и возведения куполов из древесины 25
1.4. Выводы по первой главе, постановка задач исследования 32
ГЛАВА 2. ЧИСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ
МЕСТНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ СЕТЧАТОГО КУПОЛЬНОГО ПОКРЫТИЯ 34
2.1. Конструкция несущего элемента купола и факторы
влияющие на его работу 34
2.2. Метод конечных элементов при расчете сжато-изгибаемых
элементов купола 36
2.3. Решение системы нелинейных уравнений 41
2.4. Алгоритм определения критической нагрузки на фрагмент
сетчатого купола с учетом факторов влияющих на нелинейность работы конструкции 44
2.5. Исследование сходимости метода конечных элементов
при расчете на устойчивость фрагмента сетчатого купола 54
2.6. Методика проведения численного эксперимента 57
2.7. Исследование влияния физической нелинейности древесины на
величину критической нагрузки 58
2.8. Исследование влияния жесткости сопряжения элементов в узлах на
величину критической нагрузки 61
2.9. Исследование влияния продольно-поперечного изгиба от внеузловой
нагрузки на величину критической нагрузки 62
2.10. Исследование влияния обмятия торцов ребер на величину
критической нагрузки 65
з
2.11. Выводы 67
ГЛАВА 3. ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ
УСТОЙЧИВОСТИ ФРАГМЕНТОВ СЕТЧАТОГО КУПОЛА 69
3.1. Экспериментальная установка для испытания фрагментов сетчатого
купола 69
3.2. Методика проведения испытания 71
3.3. Результаты физического эксперимента 77
3.4. Выводы . 84
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СЕТЧАТЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КУПОЛОВ 85
4.1. Цель и задачи численного исследования 85
4.2. Конструкции исследуемых куполов 85
4.3. Методика проведения исследования 87
4.4. Выводы 92
ГЛАВА 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ КУПОЛЬНЫХ
ПОКРЫТИЙ. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 93
5.1. Рекомендации по проектированию сетчатых деревянных куполов....93 5.1.1 Рекомендации по расчету сетчатых деревянных куполов на
устойчивость 93
5.1.2. Рекомендации по конструированию сетчатых деревянных
куполов 95
5.2. Использование результатов исследований при проектировании
купольных покрытий 98
5.2.1. Каркасно-тентовое покрытие летней площадки 98
5.2.2. Купольное покрытие здания кафе 102
5.3. Выводы 106
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107
ЛИТЕРАТУРА 109
ПРИЛОЖЕНИЯ 121

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные выводы и результаты работы:
1. Анализ разработанных методов расчета на местную устойчивость сетчатых куполов из дерева и пластмасс показал, что при определении критической нагрузки не учитывается совместное влияние таких факторов как физическая нелинейность работы древесины, жесткость узлов, внеузловой характер нагрузки и обмятие древесины в узлах.
2. Разработанный алгоритм расчета купола на местную устойчивость и расчетная модель позволяют учитывать при определении критической нагрузки физическую, геометрическую и конструктивную нелинейности (в т.ч. обмятие древесины) при различных жесткостях узлов и видах нагрузки.
3. Численный эксперимент позволил оценить степень влияния исследуемых факторов на величину критической нагрузки при местной потере устойчивости. Учет физической нелинейности древесины снижает критическую нагрузку до 50%, при учете жесткости сопряжения элементов в узлах, критическая нагрузка может увеличиваться до 4 раз в отличие от шарнирного сопряжения, учет внеузлового характера приложения нагрузки снижает критическую нагрузку до 40%, а учет обмятая торцов деревянных элементов сетчатого купола в узлах снижает до 25% критическую нагрузку.
4. Физический эксперимент, проведенный на крупномасштабных фрагментах купола, подтвердил правильность теоретических предпосылок, выявил дополнительное влияние начальных несовершенств и позволил определить характер разрушения испытываемых фрагментов.
При а >4,79° в момент прощелкивания пирамиды происходит характерное разрушение сжато-изгибаемых элементов купола, заключающееся в одновременном образовании складки в сжатой зоне и разрывом древесины в растянутой зоне. При а <4,79° прощелкивание происходит без видимых следов разрушения элементов.
5. Анализ результатов численного исследования сетчатых деревянных куполов позволил выявить ряд особенностей работы сетчатых деревянных куполов в предельном состоянии. При R/l< 6 прощелкивание центрального узла происходит вследствие исчерпания несущей способности сжато-изгибаемых ребер примыкающих к данному узлу, при этом значение комплексного эквивалентного модуля деформации для этих ребер снижается на 30-50%. При R/l> 6 прощелкивание узла разрушением элементов не сопровождается.
Разработанные рекомендации по расчету на местную устойчивость сетчатых куполов из дерева позволяют более точно определить величину критической нагрузки. Разработанные конструктивные решения узлов позволяют снизить трудоемкость изготовления элементов купола, уменьшить деформативность и повысить прочность купола в целом