3615

Рис. 6. Формы потери устойчивости в плоскости XOY

Численные исследования НДС показали, что несущая система здания удовлетворяет требованиям СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции» по прочности, но обладает недостаточной устойчивостью в направлении цифровых осей. Направления и формы потери устойчивости приведены на рис. 6. Расчетный коэффициент запаса устойчивости несущей системы составляет Ку=0,4275 < 1.Также выявлено, что элементы стропильных ферм не удовлетворяют требованиям СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции» по гибкости и устойчивости из плоскости фермы.

Наиболее неблагоприятные значения коэффициента использования, оценивающего прочность и устойичвость конструкций, были получены для центральной стойки стропильной фермы. Не удовлетворяют требованиям эксплуатации по гибкости и устойчивости из плоскости фермы элементы стоек. Анализ показал,что требуется произвести усиление элементов ферм, обладающих недостаточной устойчивостью и гибкостью, а также изменение схемы раскрепления стропильных ферм из плоскости по верхнему и нижнему поясам [1 – 4].

Методика и результаты натурных испытаний

При испытаниях для измерения деформаций использовались прогибомеры ПАО-6 с ценой деления 0,01мм. Схема расстановки измерительных приборов приведена на рис. 7.

Испытания проводились на строительной площадке в составе несущей системы зданий.

Рис. 7. Схема расстановки измерительных приборов

В качестве груза при испытании использовался силикатный кирпич. Масса груза составляла 150 кг в узел, что соответствовала предполагаемой расчетной нагрузке.

120

Способ нагружения фермы при помощи подвески грузов отвечает требованиям данных испытаний, так как обеспечивает передачу нагрузки в узел опирания обрешетки на ферму, что соответствует фактической работе конструкции [1, 2].

При проведении испытаний нагрузка прикладывалась ступенями величиной 10…20 % от предполагаемой эксплуатационной нагрузки. После каждого этапа производилась выдержка не менее 15 мин с последующим снятием показаний приборов. В случае если за данный промежуток времени показания приборов не стабилизировались, выполнялась повторная выдержка.

Испытания ферм производились в 2 этапа.

В процессе проведения первой серии испытаний уделялось особое внимание выявлению дефектов и повреждений конструкции, возникающих в процессе монтажа, и устранению их влияния в последующих испытаниях. Производилась корректировка способа передачи нагрузки на ферму.

Первый этап – изучение работы ферм при нагружении. Конструкция не доводилась до разрушения. Нагружение носило кратковременный характер.

Второй этап – проведение длительных испытаний. Выдержка конструкции под нагрузкой не менее 1 недели с повторным снятием отсчетов и сравнением с результатами кратковременных испытаний. Учет кратковременности действия нагрузки учитывался увеличением нагрузки на 50 %.

При испытании фермы имел место ее прогиб в плоскости. В течение всего эксперимента деформации изменялись равномерно. На первом этапе нагружение осуществлялось до нагрузки 45 кг в узел для обжатия элементов. Во второй серии испытаний изучалась работа ферм при первом нагружении. Было испытано две фермы.

Эксперимент показал, что деформативность ферм при кратковременном приложении нагрузки соответствует друг другу и не превышает допустимые значения (1/300 пролѐта).

Далее к испытываемой ферме была приложена нагрузка, равная 131 % от предполагаемой. При этой нагрузке наблюдалась деформация опорной стойки фермы.

Дальнейшего загружения не производилось. При выдержке конструкции в течение двух дней произошла потеря устойчивости фермы в результате выхода из плоскости верхнего пояса с деформацией уголков (рис. 8, 9). В результате данных деформаций произошло частичное разрушение узлов (рис. 10) (вырыв металлических зубчатых пластин, скол древесины в месте расположения сучков) [5, 6].

Рис. 8. Потеря устойчивости фермы

121

Рис. 9. Искривление нижнего пояса

Рис. 10. Разрушение узла

Снятие нагрузки осуществлялось ступенями в обратной последовательности. После разгрузки конструкции наблюдался незначительный остаточный прогиб. Остаточный прогиб конструкции после разгрузки является следствием обмятий элементов в соединениях.

122

Анализ натурных испытаний показал, что при монтаже ферм и их проектировании необходимо обратить особое внимание на обеспечение устойчивости верхнего и нижнего пояса из плоскости [2], соосность верхнего и нижнего пояса (монтаж по кондуктору) [5, 6], обеспечение устойчивости опорной стойки фермы и работу опорного узла на смятие [3, 4].

Выводы

1.Выбранная методика компьютерного моделирования деревянных несущих конструкций является корректной.

2.Формы потери устойчивости, полученные при компьютерном моделировании (см. рис. 6), практически точно повторили результаты испытания реальной конструкции .

3.Значения перемещений, полученные при натурных испытаниях и численных расчетах (таблица), близки.

Таблица

Прогибы пролетов несущей стропильной фермы

4. Проведенные исследования позволили внести необходимые изменения в конструктивные элементы стропильных ферм, связевых элементов, систем вертикальных и горизонтальных связей.

Библиографический список

1.Зубарев Н. Конструкции из дерева и пластмасс: учеб. пособие для студ. вузов / Зубарев Н. Бойтемиров Ф.А., Головина В.М., Ковликов В.И., Улицкая Э.М.; под ред. Ю.Н.Хромца. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательский центр «Академия»,

2004. — 304 с.

2.Журавлев А.А. Пространственные деревянные конструкции/ А. А. Журавлев, Г.Б. Вержбовский, Н.Н. Еременко. – Ростов н/Д.: ОАО ИПФ «Малыш», 2003. – 518 с.

3.Хрулев В.М. Деревянные конструкции и детали (Справочник строителя)/ В.М. Хрулев, К.Я. Мартынов, С.В. Лукачев, С.М. Шутов; под ред. В.М. Хрулева. — 2-е изд., доп. и перераб. — М.: Стройиздат, 1983. — 288 с.—

4.Отрешко А.И. Деревянные конструкции. Справочник проектировщика/ А.И. Отреш-

ко. - М., 1957. – 264 с.

5.Rakesh Gupta, Milan Vatovec, Thomas H. Miller Metal-Plate-Connected Wood Joints. - Forestry Publications Office Oregon State University 227 Forest Research LaboratoryCorvallis, OR 97331-7401. – 1996

6.Beineke L.A., and S.K. Suddarth . 1979. Modeling joints made with light-gage metal connector plates. Forest Products Journal 29(8):39-45.

7.Перельмутер А.В. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа/ А.В. Перельмутер, В.И. Сливкер. - 4-е изд., перераб. – М.: СКАД СОФТ, 2011. – 736 с.

8.Шапиро Д.М. Метод конечных элементов в строительном проектировании: Монография/ д.м. Шапиро. – М.: Изд-во АСВ, 2015. - 176 с.

123

9.Барабаш М.С. Современные технологии расчета и проектирования металлических и деревянных конструкций / М.С. Барабаш и др. - М.: АСВ, 2008. - 328 c.

10.Габриелян Г.Е. Расчетный анализ напряженно-деформированного состояния элементов каркаса промздания с применением пространственных конечно-элементных моделей/ Г.Е.Габриелян , В.М. Флавианов, Корома Муса// Строительная механика и конструкции.- 2017. - № 1 (14). – С. 72-87.

References

1.Zubarev N., Boitemirov F.А., Golovina V.M, Kovlikov V.I., Ulitskaya E.M. Structures from wood and plastic: teaching aid for students edited by Yu.N. Khromtsa. Third edition, updated and supplemented. — М.: Pub. Center ―Academiya‖, 2004. — 304 p.

2.Zhuravlyov A.A., Verzhbovsky G.B.,Eryomenko N.N. Spatial wood structures. – Rostov – on -Don: Ltd IPF«Malish», 2003. – 518 p.

3.Khrulyov V.M., Martinov K.Y., Lukachev S.V., Shutov S.M. Wood structures and members (Builder’s handbook)/ edited by V.M., Khrulyov. — Second edition updated and supplemented. — М.: Stroiizdat, 1983. — 288 p.—

4.Otreshko А.I. Wood structures. Designer’s handbook. - М., 1957. – 264 p.

5.Rakesh Gupta, Milan Vatovec, Thomas H. Miller Metal-Plate-Connected Wood Joints. - Forestry Publications Office Oregon State University 227 Forest Research LaboratoryCorvallis, OR 97331-7401. – 1996

6.Beineke L.A., and S.K. Suddarth . 1979. Modeling joints made with light-gage metal connector plates. Forest Products Journal 29(8):39-45.

7.Perelmuter A.V., Slivker V.I. Computational model of buildings and their analysis possibility. Forth edition, updated. – М.: SKAD SOFT, 2011. – 736 p.

8.Shapiro D.M. Finite element method in construction design: Monograph. – М.: Pub. House ASV, 2015. - 176 p.

9.Barabash М.S. Modern methods of calculation and design of metal and wood structures. М.: ASV, 2008. - 328 p.

10.Gabrielyan G. E., Flavianov V.M., Koroma Musa. Computational analysis of deflected mode of frame members of industrial buildings with application of spatial finite element models. Structural Mechanics and structures.- 2017. - № 1 (14). 72-87p.

124

Научное издание

СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА И КОНСТРУКЦИИ

Научно-технический журнал

Выпуск №1 (16), 2018

Редактор Аграновская Н.Н.

Подп. в печать 15.03. 2018. Формат 60х84 1/8. Уч.-изд. л. 13,3. Усл.-печ. л. 15,6. Бумага писчая. Тираж 200 экз. Заказ № .

_____________________________________________________________________________________

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» 394026, Воронеж, Московский проспект, 14

Отдел оперативной полиграфии ВГТУ 394006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84

125