CC BY
14
4/2008
ВЕСТНИК _МГСУ
АНАЛИЗ ПОДАТЛИВОСТИ УЗЛОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ДЕРЕВЯННОГО КРУЖАЛЬНО-СЕТЧАТОГО СВОДА
Бузало Н.А., Круглая Н.В.
Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)
Для придания архитектурной выфазительности зданиям прямоугольным в плане часто используют оболочки в виде цилиндрических сводов, которые являются древнейшей формой покрытия. Конструкции сводов можно встретить в покрытиях общественных, жилых, промышленных зданий и сооружений.
Применение сетчатых цилиндрических оболочек и, в частности, кру-жально-сетчатых сводов в качестве несущих конструкций покрытий зданий и сооружений позволяет наиболее полно использовать их свойства как пространственных систем, снизить массу покрытия, сократить трудоемкость изготовления и монтажа, а также уменьшить стоимость строительства.
Несмотря на широкое использование деревянных кружально-сетчатых сводов (КСС), до сих пор экспериментально не исследованы вопросы податливости элементов в узле. Поэтому' сложно достоверно прогнозировать! несущую способность конструкции в| целом и ее деформации, в значитель-1 ной мере определяемые податливое-1 тью узла.
Экспериментальные исследования узлового соединения деревянного кружально-сетчатого свода проводились в лаборатории кафедры «Строительство и архитектура» ЮРГТУ (НПИ) [1,2].
Для проведения испытаний узла стержневой конструкции кружально-сетчатого свода системы Цольбау была создана простейшая трехстерж-невая модель конструкции (рис. 1).
Элементы стержневой конструк-1 ции, предназначенные для испыта-1 ний статической нагрузкой, были из- Рис.1. Размещение индикаторов часового готовлены из призматических балок типа ИЧ 10 МН с ценой деления 0.01 мм
ВЕСТНИК 4/2008
сечением 150x25 мм из воздушно-сухой древесины сосны. Для получения требуемых размеров поперечного сечения доски подвергались четырехсторонней острожке с чистотой обработки поверхности, соответствующей 8 классу шероховатости. Длина набегающих косяков была принята 900 мм, а длина сквозного косяка соответственно 1700 мм.
На подготовительном этапе, после окончательного центрирования, узел устанавливался в опорные приспособления стенда, и монтировались измерительные приборы.
После сборки модели были проверены геометрические размеры испытываемой конструкции в ее недеформированном состоянии. При этом угол между сквозным и набегающим косяком составил 500, а смещение их осей относительно узла - 60 мм.
В процессе испытания нагружение осуществлялось ступенями: от условного нуля, за который была принята нагрузка от массы платформы 20 кг, до максимальной нагрузки, причем величина ступени составляла 200 Н. Полная нагрузка составила 1200 Н. На каждой ступени загружения перед снятием отсчетов по приборам производилась выдержка образца под нагрузкой в течение 10 минут.
При испытаниях производились замеры осевых вертикальных перемещений сквозного и набегающего косяков с помощью индикаторов часового типа ИЧ 10 МН.
В процессе испытания проводилось визуальное наблюдение за работой косяков, их состоянием и состоянием конструкции в целом. В начальной стадии нагружения явно прослеживалась малая чувствительность конструкции к нагрузке. При загружении деревянного узла КСС нагрузкой, близкой к максимальной, произошел внезапный хлопок.
Процесс экспериментального исследования податливости узла КСС проводился с изучением главных параметров, характеризующих работу элементов узла в интервале от малых до максимальных нагрузок. Опытные величины перемещений сопоставлялись с расчетными значениями, которые были получены при проведении численного моделирования. Была просчитана расчетная схема узла, соответствующая натурному эксперименту.
Расчеты узла КСС проводились по программе С08М08^0КК8 версии 6.0, позволяющей учитывать свойства древесины. При анализе податливости узлового соединения деревянного кружально-сетчатого свода методом конечного элемента древесина была рассмотрена как модель трансвер-сально-изотропной среды.
Выбор объекта объясняется необходимостью проверки возможности применения программ конечноэлементного расчета для моделирования действительной работы узла КСС, а также для разработки рекомендаций по использованию подобных программ в случае рассмотрения других типов узлов КСС.
Оценка сходимости значений перемещений элементов исследуемой конструкции, полученных расчетом с экспериментальными, приведена в
4/2008_М|ВЕСТНИК
таблице 1. В данной таблице перемещения представлены при максимальных значениях нагрузки, а именно при 1200 Н.
Таблица 1
Сопоставление перемещений узла КСС, найденных на основании опытных данных с теоретическими значениями
Индикатор Перемещения, мм Расхождения, %
расчетные экспериментальные
И1 6.75 5.24 26
И2 0.89 0.94 5
И5 7.38 7.82 5.6
И6 1.05 1.42 26
Результаты эксперимента в целом соответствуют данным численного моделирования. Разница в среднем составляет 20%. Полученные экспериментальные данные позволяют считать использованные теоретические решения достаточно достоверными. Характер деформированного состояния узла при эксперименте и при расчете совпадает.
Достаточно хорошее согласование результатов конечноэлементного расчета с экспериментальными данными дает возможность распространить подобный подход на случаи с иным соединением элементов в узлах КСС и рекомендовать для применения при проектировании.
На основании результатов экспериментальных исследований представилось возможным определить значение модуля упругости с учетом подат-
ливости
Е = 3.91 • 103 МПа
Е
(рис. 2). Коэффициент податливости, в этом
случае равный Е = 25, позволяет получить более точные значения усилий
Е *
и перемещений вблизи фронтонной арки.
Рис. 2. График зависимости деформаций от напряжений при Е =10000 МПа и Е*=3910 МПа
Б
ВЕСТНИК 4/2008
Знание характеристик податливости узловых соединений особенно важно при прогнозировании напряженного состояния в сомкнутых сводах, криволинейные ребра (гурты) которых обладают значительно большей жесткостью, чем сетка. В таких стержневых системах изменение характеристик податливости узловых соединений может приводить даже к изменению знака продольных усилий в косяках [3].
Литература
1. Бузало H.A., Круглая Н.В. Экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния болтового соединения деревянного сетчатого свода // Изв. вузов. Сев. Кавк. регион. Техн. науки. - 2007. - Спецвып.: - С. 123-126
2. Стенд для исследования податливости узла кружально-сетчатого свода. Круглая Н.В., Садэтов Т.С., Артемов В.В.: патент на полезную модель № 58565 от 17 мая 2006г
3. Садэтов Т.С., Артемов В.В., Круглая Н.В. Определение координат узлов криволинейных ребер сомкнутого сетчатого свода на прямоугольном плане // Легкие строительные конструкции. Сборник научных трудов. - Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2003. - С. 129-137.
