Местная устойчивость сетчатых деревянных куполов

• Автор: Кузнецов, Алексей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОПЫТ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,

ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ВОЗВЕДЕНИЯ СЕТЧАТЫХ

КУПОЛОВ ИЗ ЛЕГКИХ, ЭФФЕКТИВНЫХ

МАТЕРИАЛОВ.

1.1. Теоретические и экспериментальные исследования купольных покрытий

1.2. Исследования местной устойчивости сетчатых куполов.

1.3. Примеры проектирования и возведения куполов из древесины

1.4. Выводы по первой главе, постановка задач исследования

ГЛАВА 2. ЧИСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ

МЕСТНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ СЕТЧАТОГО КУПОЛЬНОГО ПОКРЫТИЯ.
2.1. Конструкция несущего элемента купола и факторы
влияющие на его работу.
2.2. Метод конечных элементов при расчете сжатоизгибаемых
элементов купола.
2.3. Решение системы нелинейных уравнений.
2.4. Алгоритм определения критической нагрузки на фрагмент сетчатого купола с учетом факторов влияющих на нелинейность работы конструкции.
2.5. Исследование сходимости метода конечных элементов
при расчете на устойчивость фрагмента сетчатого купола.
2.6. Методика проведения численного эксперимента
2.7. Исследование влияния физической нелинейности древесины на
величину критической нагрузки
2.8. Исследование влияния жесткости сопряжения элементов в узлах на величину критической нагрузки
2.9. Исследование влияния продольнопоперечного изгиба от внеузловой нагрузки на величину критической нагрузки
2 Исследование влияния об.мятия торцов ребер на величину критической нагрузки
2 Выводы
ГЛАВА 3. ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ ФРАГМЕНТОВ СЕТЧАТОГО КУПОЛА
3.1. Экспериментальная установка для испытания фрагментов сетчатого купола.
3.2. Методика проведения испытания
3.3. Результаты физического эксперимента
3.4. Выводы.
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ
НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СЕТЧАТЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КУПОЛОВ
4.1. Цель и задачи численного исследования
4.2. Конструкции исследуемых куполов
4.3. Методика проведения исследования.
4.4. Выводы.
ГЛАВА 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ КУПОЛЬНЫХ
ПОКРЫТИЙ. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.
5.1. Рекомендации по проектированию сетчатых деревянных куполов
5.1.1 Рекомендации по расчету сетчатых деревянных куполов на
устойчивость.
5.1.2. Рекомендации по конструированию сетчатых деревянных
куполов
5.2. Использование результатов исследований при проектировании купольных покрытий.
5.2.1. Каркаснотентовое покрытие летней площадки
5.2.2. Купольное покрытие здания кафе.
5.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Из двух представленных типов разрезки поверхности купола, сетчатые купола являются наиболее эффективными, поскольку конструктивные элементы сетчатого купола равномерно распределены по его поверхности и в равной мере участвуют в работе купола. В сетчатых куполах стержни каркаса незначительно отличаются по длине и по размерам поперечного сечения, узловые детали однотипны и так же могут быть одинакового размера. В меридионально-кольцевых основным недостатком является значительное сгущение элементов в центральной части, углы между стержнями становятся очень острыми, что усложняет конструирование узлов и приводит к необходимости устройства центрального кольца большого диаметра, которое в свою очередь необходимо раскреплять во избежание потери устойчивости. И, кроме того, трапециевидные ячейки меридионально-кольцевого купола необходимо раскреплять диагональными связями. Сетчатые купола выполненные из древесины наиболее эффективно реализуют свои преимущества, т. Повышенную деформативность древесины удается компенсировать за счет пространственной работы конструкции. Технико-экономические показатели и конструктивные решения сетчатых куполов приводятся в работах М. С. Туполева [, ], В. А. Савельева [, , ], Г. Я. Клятиса [, , ], М. Е. Липницкого [, ], Д. Райта [], A. A. Журавлева [] и др. Сетчатые деревянные купола могут быть двух видов: купола, имеющие четко выраженный стержневой каркас выполняющий несущую функцию и настил выполняющий только ограждающие функции [4, , ], и купола, состоящие из несущих панелей, которые выполняют как ограждающую, так и несущую функции. В первом случае панели выполняют лишь ограждающую функцию и воспринимают местные нагрузки. При проектировании куполов важное значение имеют вопросы формообразования их поверхности. Формообразованием сетчатых куполов в нашей стране занимались такие авторы как В. В. Ермолов [], Г. Н. Колесников [, ], Б. Г. Мухин [], Г. Н. Павлов []. В области геометрического построения сетчатых куполов внес значительный вклад М. С. Туполев. Геометрическая схема построения сетчатой поверхности, предложенная М. С. Туполевым, основывалась на принципах кристаллографии []. В ее основе лежит правильный -ти гранник - икосаэдр. Р.Б. Фуллер. Он разработал другой метод геометрического построения купольных покрытий, основанный на правильном многограннике - додекаэдре [5]. Определение геометрических параметров сетчатых куполов весьма трудоемко, поэтому применение ЭВМ при расчете данных конструкций значительно облегчает работу при геометрическом расчете сетчатых куполов. Определение внутренних усилий и перемещений в сетчатых купольных покрытий больших пролетов весьма затруднено. В настоящее время наиболее широко применяются два метода расчета таких конструкций. Первый метод основан на статической эквивалентности. Исходная сетчатая оболочка заменяется сплошной эквивалентной оболочкой. После расчета сплошной эквивалентной оболочки, получаем в ней усилия, но которым в дальнейшем определяем усилия для сетчатой оболочки. Этот метод расчета исследовался в работах К. Клеппеля [9], Д. Райта [, 8], В. А. Савельева [], A. A. Журавлева [], Л. Н. Лубо [], Б. Н. Чуракова [0] и других авторов. В данных работах приведены выражения для определения характеристик эквивалентных оболочек и усилий в сетчатых оболочках. Этот метод достаточно прост и позволяет использовать готовые решения, но при сложных схемах нагружения, различных видах опорных закреплений этот метод неприменим. Так же недостатком этого метода является невозможность определения наиболее нагруженных стержней, так как он дает усредненную картину усилий []. Второй метод основан на непосредственном расчете конструкций с использованием методов строительной механики. Одним из методов строительной механики, который также применяется и при расчете сетчатых куполов (оболочек), является метод конечных элементов (МКЭ). Этот метод исследован в работах О. Зенкевича и И. Чанга [, ], А. К. Гаврилова [9], A. A. Журавлева [] и других авторов. Применение МКЭ позволяет рассчитывать практически любые конструкции. Однако МКЭ не исключает применение других расчетных схем.