Исследование влияния геометрических параметров пологих блок-сводов с целью установления оптимальных условий по прочности и материалоемкости
|
ВВЕДЕНИЕ 10
1 Совершенствование узловых соединений в опорном стыке 11
1.1 Основные этапы проектных решений опорных улов блок-сводов 11
1.1.1 Предназначение и возможности блок-сводов покрытия 13
1.1.2 Конструкции из комбинированных материалов с применением
древесины 14
1.1.3 Обзор существующих пространственных блоков покрытия 16
1.1.4 Опорные узловые соединения деревянных конструкций 22
1.1.5 Преднапряжение в металлических и деревянных конструкциях ... 26
1.1.6 Выводы 27
1.2 Исследование опорного узла комбинированного блок-свода 28
1.2.1 Описание предлагаемой конструкции 28
1.2.2 Выводы 31
1.3 Численное исследование напряженно-деформированного состояния
опорного узлового соединения комбинированного блок-свода 31
1.3.1 Обзор существующих программных комплексов, используемых для
расчетов строительных конструкций 32
1.3.2 Задание расчетной схемы и сбор нагрузок в ПК «ANSYS» 33
1.3.3 Численное исследование основных конструктивных элементов в
ПК «Ansys» 42
1.4 Методика исследования основных конструктивных элементов блока
покрытия 45
1.4.1 Цели и содержание испытания 45
1.4.2 Методика эксперимента 48
1.4.3 Нагружение модели блок-свода покрытия 51
1.4.4 Результаты испытаний 62
1.4.5 Анализ полученных данных 63
1.5 Выводы 64
2 Исследование прочностных свойств крепления профилированного листа к
древесине при воздействии ветровой нагрузки 65
2.1 Обзор конструктивных решений опорных узлов блок-сводов 73
2.1.1 Соединения профилированных листов 73
2.1.2 Правила крепления профилированного листа к деревянной
обрешетке 74
2.1.3 Составы клеев 76
2.1.4 Выводы 76
2.2 Исследование узла крепления профлиста к древесине 77
2.2.1 Описание предлагаемой конструкции 77
2.2.2 Выводы по второй главе 79
2.2.3 Численное исследование напряженно-деформированного
состояния узлового соединения профлиста с древесиной 80
2.2.4 Задание расчетной схемы и сбор нагрузок в ПК «ANSYS» 80
2.3 Методика исследования напряженно-деформируемого состояния
узлового соединения профлиста с древесиной 93
2.3.1 Цели и содержание испытаний на локальное выдергивание 93
2.3.2 Создание испытательной установки на выдергивания гвоздей и
шурупов 94
2.3.3 Методика экспериментальных исследований опытных образцов на
локальное выдергивание 97
2.3.4 Результаты испытаний опытных образцов на локальное
выдергивание 100
2.3.5 Выводы по испытанию на локальное выдергивание
самонарезающих винтов из тела древесины 108
2.3.6 Цели и содержание испытаний модели блок-свода 108
2.3.7 Методика экспериментальных исследований модели блок-свода 109
2.3.7 Результаты испытания модели блок-свода 115
2.4 Выводы 119
3 Деревянные колонны из стандартных двутавровых балок БДК-1 120
3.1 Обзор существующих колонн из двутавровых балок БДК-1 120
3.1.1 Функции и возможности конструкций из деревянных двутавровых
балок 121
3.1.2 Обзор существующих видов деревянных колонн 123
3.1.3 Методика расчета стоек 128
3.1.4 Опорные узловые соединения стоек 134
3.2 Численное исследование напряженно-деформированного состояния
колонны в ПК SCAD 136
3.3 Методика проведения натурного испытания 139
3.3.1 Цели и содержание испытания 139
3.3.2 Планирование натурного эксперимента 139
3.3.3 Изготовление испытуемых колонн 143
3.3.4 Описание испытательной установки 148
3.3.5 Результаты испытаний 152
3.4 Выводы 153
4 Рамные конструкции из деревянных двутавровых балок БДК-1 154
4.1 Обзор существующих рамных конструкций из деревянных
двутавровых балок БДК-1 154
4.1.1 Виды деревянных рам 154
4.1.2 Основные положения проектирования рам 162
4.1.3 Решение узлов 166
4.1.4 Опорный узел 166
4.1.5 Карнизный узел 167
4.1.6 Коньковый узел 170
4.2 Описание расчётной схемы 171
4.2.1 Описание материалов и конструкции рамы 171
4.2.2 Выбор расчётной схемы 172
4.2.3 Сбор нагрузок 172
4.2.4 Решение модельной задачи 175
4.2.5 Вывод из модельной задачи 180
4.3 Описание конструктивных решений 184
4.3.1 Фундаментный узел 185
4.3.2 Карнизный узел 188
4.3.3 Коньковый узел 188
4.4 Конструирование рамы 189
4.4.1 Решение модельной задачи 189
4.4.2 Задание расчётной схемы 189
4.4.3 Создание загружение 192
4.4.4 Анализ модельной задачи 197
4.5 Проведение эксперимента 198
4.6 Выводы 201
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 202
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 203
ПРИЛОЖЕНИЕ А 206
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 241
ПРИЛОЖЕНИЕ В 305
1 Совершенствование узловых соединений в опорном стыке 11
1.1 Основные этапы проектных решений опорных улов блок-сводов 11
1.1.1 Предназначение и возможности блок-сводов покрытия 13
1.1.2 Конструкции из комбинированных материалов с применением
древесины 14
1.1.3 Обзор существующих пространственных блоков покрытия 16
1.1.4 Опорные узловые соединения деревянных конструкций 22
1.1.5 Преднапряжение в металлических и деревянных конструкциях ... 26
1.1.6 Выводы 27
1.2 Исследование опорного узла комбинированного блок-свода 28
1.2.1 Описание предлагаемой конструкции 28
1.2.2 Выводы 31
1.3 Численное исследование напряженно-деформированного состояния
опорного узлового соединения комбинированного блок-свода 31
1.3.1 Обзор существующих программных комплексов, используемых для
расчетов строительных конструкций 32
1.3.2 Задание расчетной схемы и сбор нагрузок в ПК «ANSYS» 33
1.3.3 Численное исследование основных конструктивных элементов в
ПК «Ansys» 42
1.4 Методика исследования основных конструктивных элементов блока
покрытия 45
1.4.1 Цели и содержание испытания 45
1.4.2 Методика эксперимента 48
1.4.3 Нагружение модели блок-свода покрытия 51
1.4.4 Результаты испытаний 62
1.4.5 Анализ полученных данных 63
1.5 Выводы 64
2 Исследование прочностных свойств крепления профилированного листа к
древесине при воздействии ветровой нагрузки 65
2.1 Обзор конструктивных решений опорных узлов блок-сводов 73
2.1.1 Соединения профилированных листов 73
2.1.2 Правила крепления профилированного листа к деревянной
обрешетке 74
2.1.3 Составы клеев 76
2.1.4 Выводы 76
2.2 Исследование узла крепления профлиста к древесине 77
2.2.1 Описание предлагаемой конструкции 77
2.2.2 Выводы по второй главе 79
2.2.3 Численное исследование напряженно-деформированного
состояния узлового соединения профлиста с древесиной 80
2.2.4 Задание расчетной схемы и сбор нагрузок в ПК «ANSYS» 80
2.3 Методика исследования напряженно-деформируемого состояния
узлового соединения профлиста с древесиной 93
2.3.1 Цели и содержание испытаний на локальное выдергивание 93
2.3.2 Создание испытательной установки на выдергивания гвоздей и
шурупов 94
2.3.3 Методика экспериментальных исследований опытных образцов на
локальное выдергивание 97
2.3.4 Результаты испытаний опытных образцов на локальное
выдергивание 100
2.3.5 Выводы по испытанию на локальное выдергивание
самонарезающих винтов из тела древесины 108
2.3.6 Цели и содержание испытаний модели блок-свода 108
2.3.7 Методика экспериментальных исследований модели блок-свода 109
2.3.7 Результаты испытания модели блок-свода 115
2.4 Выводы 119
3 Деревянные колонны из стандартных двутавровых балок БДК-1 120
3.1 Обзор существующих колонн из двутавровых балок БДК-1 120
3.1.1 Функции и возможности конструкций из деревянных двутавровых
балок 121
3.1.2 Обзор существующих видов деревянных колонн 123
3.1.3 Методика расчета стоек 128
3.1.4 Опорные узловые соединения стоек 134
3.2 Численное исследование напряженно-деформированного состояния
колонны в ПК SCAD 136
3.3 Методика проведения натурного испытания 139
3.3.1 Цели и содержание испытания 139
3.3.2 Планирование натурного эксперимента 139
3.3.3 Изготовление испытуемых колонн 143
3.3.4 Описание испытательной установки 148
3.3.5 Результаты испытаний 152
3.4 Выводы 153
4 Рамные конструкции из деревянных двутавровых балок БДК-1 154
4.1 Обзор существующих рамных конструкций из деревянных
двутавровых балок БДК-1 154
4.1.1 Виды деревянных рам 154
4.1.2 Основные положения проектирования рам 162
4.1.3 Решение узлов 166
4.1.4 Опорный узел 166
4.1.5 Карнизный узел 167
4.1.6 Коньковый узел 170
4.2 Описание расчётной схемы 171
4.2.1 Описание материалов и конструкции рамы 171
4.2.2 Выбор расчётной схемы 172
4.2.3 Сбор нагрузок 172
4.2.4 Решение модельной задачи 175
4.2.5 Вывод из модельной задачи 180
4.3 Описание конструктивных решений 184
4.3.1 Фундаментный узел 185
4.3.2 Карнизный узел 188
4.3.3 Коньковый узел 188
4.4 Конструирование рамы 189
4.4.1 Решение модельной задачи 189
4.4.2 Задание расчётной схемы 189
4.4.3 Создание загружение 192
4.4.4 Анализ модельной задачи 197
4.5 Проведение эксперимента 198
4.6 Выводы 201
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 202
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 203
ПРИЛОЖЕНИЕ А 206
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 241
ПРИЛОЖЕНИЕ В 305
Древесина - это универсальное сырье и единственный возобновляемый строительный материал. Деревянные конструкции обычно характеризуются сочетанием различных компонентов, которые вместе обеспечивают максимально возможную несущую способность, тепловую, акустическую и влагоизоляцию, а также длительный срок службы.
В современных условиях проблема снижения материалоемкости строительных конструкций приобретает особую остроту. Одним из путей экономии материалов в строительстве является разработка и применение конструкций из разно модульных материалов в виде балок, плит покрытий, стеновых панелей, блочных конструкций. Положительный результат от применения подобных конструкций был известен уже в пятидесятые годы, когда отечественные и зарубежные строители стали сочетать в одном строительном элементе стальные плоские или профилированные листы и деревянный каркас.
Применение деревянных конструкций - в качестве несущей конструкции покрытия в сочетании со стальным профнастилам образуют блок-свод, что позволяет помимо экономии материалов, получаемой в результате включения деревянных каркасов в совместную работу с тонкими стальными листами, существенно снизить стоимость строительства при применении гидроизоляционного покрытия из стального профнастила за счет исключения кровельных работ, как правило необходимых при использовании традиционных деревянных конструкций.
Применение при проектировании, разработке и строительстве зданий с использованием деревянных элементов заводского изготовления используемых как исходный материал при производстве с минимальными доработками позволяет ускорить процесс возведения зданий. Вопросы сокращения сроков строительства особенно в сфере малоэтажного строительства являются актуальными и неоднократно рассматривались на уровне государства.
Одной из основных задач строительной отрасли во все времена являлось поиск таких конструктивных решений, которые обеспечивают требуемые прочностные качества и при этом являющиеся наименее материалоемкими, трудоемкими и экономически эффективными.
1 Совершенствование узловых соединений в опорном стыке комбинированного блок-свода
Древесина среди традиционных строительных материалов (сталь, бетон, древесина, камень, кирпич) занимает особое положение как возобновляемый и экологически чистый материал с высокими удельными физико-механическими характеристиками.
В настоящее время в России продолжают реализовываться программы, направленные на более эффективное использование древесины для промышленного и гражданского строительства.
Основной задачей для удовлетворения цели эффективного использования материала является достижение рациональных технико¬экономических показателей при высокой надежности и прочности узловых соединений.
Наиболее нагруженными, а потому и наиболее ответственными являются опорные узлы блок-сводов, в которых соединяются свод с балками- затяжками и профилированным листом. Поэтому необходимо провести исследования по совершенствованию узловых соединений с применением стальных элементов, таких как пластины, стержни, нагели, дюбели, винты и т.д.
В современных условиях проблема снижения материалоемкости строительных конструкций приобретает особую остроту. Одним из путей экономии материалов в строительстве является разработка и применение конструкций из разно модульных материалов в виде балок, плит покрытий, стеновых панелей, блочных конструкций. Положительный результат от применения подобных конструкций был известен уже в пятидесятые годы, когда отечественные и зарубежные строители стали сочетать в одном строительном элементе стальные плоские или профилированные листы и деревянный каркас.
Применение деревянных конструкций - в качестве несущей конструкции покрытия в сочетании со стальным профнастилам образуют блок-свод, что позволяет помимо экономии материалов, получаемой в результате включения деревянных каркасов в совместную работу с тонкими стальными листами, существенно снизить стоимость строительства при применении гидроизоляционного покрытия из стального профнастила за счет исключения кровельных работ, как правило необходимых при использовании традиционных деревянных конструкций.
Применение при проектировании, разработке и строительстве зданий с использованием деревянных элементов заводского изготовления используемых как исходный материал при производстве с минимальными доработками позволяет ускорить процесс возведения зданий. Вопросы сокращения сроков строительства особенно в сфере малоэтажного строительства являются актуальными и неоднократно рассматривались на уровне государства.
Одной из основных задач строительной отрасли во все времена являлось поиск таких конструктивных решений, которые обеспечивают требуемые прочностные качества и при этом являющиеся наименее материалоемкими, трудоемкими и экономически эффективными.
1 Совершенствование узловых соединений в опорном стыке комбинированного блок-свода
Древесина среди традиционных строительных материалов (сталь, бетон, древесина, камень, кирпич) занимает особое положение как возобновляемый и экологически чистый материал с высокими удельными физико-механическими характеристиками.
В настоящее время в России продолжают реализовываться программы, направленные на более эффективное использование древесины для промышленного и гражданского строительства.
Основной задачей для удовлетворения цели эффективного использования материала является достижение рациональных технико¬экономических показателей при высокой надежности и прочности узловых соединений.
Наиболее нагруженными, а потому и наиболее ответственными являются опорные узлы блок-сводов, в которых соединяются свод с балками- затяжками и профилированным листом. Поэтому необходимо провести исследования по совершенствованию узловых соединений с применением стальных элементов, таких как пластины, стержни, нагели, дюбели, винты и т.д.
Проведён анализ существующих вариантов конструирования опорных узлов комбинированного блок-свода, выявлены их сильные и слабые стороны.
На основании анализа разработана новая конфигурация опорного узла, устраняющая часть недостатков существующих конструкций.
Проведены численное и натурное исследования работы спроектированного опорного узла под нагрузкой.
Анализ данный, полученных в ходе исследований, доказывает соответствие численной и натурной моделей, работоспособность конструкции, а также то, что задачи совершенствования опорного узла достигнуты.
Разработано и изготовлено устройство для определения сопротивления древесины и материалов на её основе на вырыв винтов
Проведён натурный эксперимент по определению сопротивления древесины выдёргиванию, который удостоверяет в том, что применение клеевого состава способствует повышению сопротивления.
Проведены численное и натурное испытание работы узлового соединения профилированного настила, включённого в работу блок-свода, отражающие важность сопротивления древесины при работе покрытия на отрыв.
Проведены поисковые исследования на предмет использования в качестве опорных вертикальных конструктивных элементов, несущих на себе конструкцию покрытия - блок-свод.
Выполнены поисковые исследования по проектированию, изготовлению и испытания конструктивных элементов колонн и рам на основе балки БДК-1
Проведены численные и натурные исследования конструкционных элементов на основе балок БДК-1, описывающие и доказывающие возможность их применения в качестве несущих конструкций.
На основании анализа разработана новая конфигурация опорного узла, устраняющая часть недостатков существующих конструкций.
Проведены численное и натурное исследования работы спроектированного опорного узла под нагрузкой.
Анализ данный, полученных в ходе исследований, доказывает соответствие численной и натурной моделей, работоспособность конструкции, а также то, что задачи совершенствования опорного узла достигнуты.
Разработано и изготовлено устройство для определения сопротивления древесины и материалов на её основе на вырыв винтов
Проведён натурный эксперимент по определению сопротивления древесины выдёргиванию, который удостоверяет в том, что применение клеевого состава способствует повышению сопротивления.
Проведены численное и натурное испытание работы узлового соединения профилированного настила, включённого в работу блок-свода, отражающие важность сопротивления древесины при работе покрытия на отрыв.
Проведены поисковые исследования на предмет использования в качестве опорных вертикальных конструктивных элементов, несущих на себе конструкцию покрытия - блок-свод.
Выполнены поисковые исследования по проектированию, изготовлению и испытания конструктивных элементов колонн и рам на основе балки БДК-1
Проведены численные и натурные исследования конструкционных элементов на основе балок БДК-1, описывающие и доказывающие возможность их применения в качестве несущих конструкций.
