Исследование влияния податливоcти основания на работу рамных систем Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Строительство и архитектура

УДК 624.012.45

к.т.н. Емец Е. В., к.т.н. Карапетян С. X., Никишина И. А. (ДонГТУ, г. Алчевск, ЛНР)

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОДАТЛИВОСТИ ОСНОВАНИЯ НА РАБОТУ

РАМНЫХ СИСТЕМ

Исследовано напряженно-деформированное состояние рам каркасных зданий при воздействии на них перемещений податливого основания. Проанализирована степень влияния податливости закрепления стоек с основанием от абсолютно жесткого до шарнирного на величины критических нагрузок. Для различных ступеней податливости закрепления стоек в основании определены критические значения продольных усилий.

Ключевые слова: податливость, деформированное основание, рамные системы, жесткость, гибкость, ригель.

Строительство зданий и сооружений на Р р

деформируемом основании имеет очень широкое распространение. Учет влияния податливости основания на эксплуатационную пригодность сооружений в большей степени зависит от достоверности расчетов и учета реальных свойств грунтов и конструкционных материалов.

Проектирование сооружений в сложных грунтовых условиях связано с необходимостью учета распределения усилий от совместного влияния силовых и деформационных воздействий. Величины перемещений оснований фундаментов и усилия в элементах каркаса зависят от жесткости надфундаментных конструкций и их соединений, податливости защемления фундаментов в грунте и величин нагрузок на каркас[1-2].

Исследуем работу П-образной рамы при

о о о чо

V

77Z.

hp=6000

различных соотношениях погонных жест-костей ригеля и стоек и при различной податливости соединения элементов между собой и с основанием (рис. 1).

Отношение погонных жесткостей ригеля и стоек примем

Рисунок 1 Расчетная схема рамы

Податливость соединения стоек в основании примем

0 < п" < да. (2)

Податливость соединения стоек с ригелем примем

О < п < со.

(3)

i =

ExI xh

_р р

ExI хh

(1)

Расчеты выполнялись для различных вариантов податливости соединения стоек с ригелем и основанием:

Строительство и архитектура

1 вариант — абсолютно жесткое соединение элементов межу собой и с основанием:

< = 0; п= 0.

(4)

2 вариант — элементы рамы соединены между собой абсолютно жестко, а с основанием - шарнирно:

п"= со; П =0.

(5)

3 вариант — абсолютно жесткое соединение элементов между собой, конечная жесткость соединения с основанием:

0 <п" < <х>: п„ =0.

(6)

п" = 0; 0<пр<ю.

(7)

Искомые величины:

- поворот узла 3 (фз);

- поворот узла 4(ср4);

- горизонтальное перемещение узла 3 (Аз).

Функции влияния продольного изгиба:

Pxh2

S\-3 S2-4

. ^3-4 = 0

EI

(В)

i =

{Rl + Rlf-Rl xRc2

6R:

(9)

где^< — значения реактивных усилии от неизвестных перемещений.

Для различных значений податливости соединения стоек с основанием при изменении соотношения погонных жесткостей ригеля и стоек (1) определим критические значения функций продольных усилий (Укр). Результаты вычислений приведены на рисунке 2.

4 вариант — жесткое соединение стоек с основанием и соединение ригеля со стойкамиконечной жесткости:

■при пс = 10 "при ПС = 1 ■при пс- 2 ■при пс =0

Приведем результаты расчета рамы при изменении податливости закрепления стоек с основанием для различных соотношений погонных жесткостей ригеля и стоек, т. е. для симметричной и несимметричной потери устойчивости.

Соединение элементов между собой принимаем абсолютно жестким пр = 0.

При несимметричной потере устойчивости выражение для соотношения погонных жесткостей ригеля и стоек примет вид:

Рисунок 2 График влияния жесткости элементов и податливости основания на критические значения продольного изгиба при несимметричной потере устойчивости

Для случая симметричной потери устойчивости горизонтальное перемещение Аз = 0, а повороты узлов 3 и 4 фз = -ф4.

Для различных ступеней податливости закрепления стоек в основании при изменении соотношения погонных жесткостей ригеля и стоек определяем критические значения продольных усилий для случая симметричной потери устойчивости. Результаты вычислений приведены на рисунке 3.

На основании полученных результатов определим влияние податливости узлов закрепления стоек в основании на величины критических вертикальных нагрузок (Р) при различных соотношениях погонных жесткостей ригеля и стоек.

При этом в качестве предельного примем значение критических нагрузок на раму при абсолютно жестком закреплении стоек в основании:

РКР

Yi х i

(Ю)

Строительство и архитектура

nprnt=fl.4 при пс=1

при пс=10

О

1

1

3

4

5

6

7

Рисунок 3 График влияния жесткости элементов и податливости основания на критические значения продольного изгиба при симметричной потере устойчивости

При изменении податливости закрепления стоек в основании критическая нагрузка составит:

кр

Г, ,х/

кр(п)

К

(П)

Изменение критической нагрузки определим по формуле:

АР =-

кр Г)

-х100%.

(12)

На рисунке 4 приведены графики влияния податливости закрепления стоек в основании на величину критической нагрузки при симметричной и несимметричной потере устойчивости.

Проанализируем степень влияния податливости закрепления стоек с основанием от абсолютно жесткого до шарнирного на величины критических нагрузок.

Сопоставляя графики на рисунках 2 и 3, сделаем вывод о том, что критические значения влияния продольного изгиба при несимметричной потере устойчивости для любых значений податливости закрепления стоек в основании меньше соответствующих значений при симметричной потере устойчивости. Таким образом, несимметричная потеря устойчивости может быть вызвана меньшими вертикальными нагрузками и, следовательно, является более опасной.

1 - при несимметричной потере устойчивости; 2 - при симметричной потере устойчивости

Рисунок 4 График зависимости податливости основания от величины критических нагрузок при различных соотношениях погонных жесткостей ригеля и стоек

Результаты вычислений показывают, что учет податливости закрепления стоек с основанием существенно снижает предельные значения продольного изгиба и нагрузок как при симметричной, так и принесимметричной потере устойчивости. Рост податливости основания сопровождается существенным снижением критических значений нагрузок (при и" - да критическим величинам для шарнирного примыкания стоек и основания).

График зависимости податливости основания на величины критических нагрузок при различных соотношениях погонных жесткостей ригеля и стоек показывает, что учет податливости закрепления стоек в основании оказывает более существенное влияние на величины критических нагрузок при несимметричной потере устойчивости, чем при симметричной. При несимметричной потере устойчивости при относительной податливости закрепления стоек в основании:

- при и" = 0,2 величины критических нагрузок снижаются на 30 %;

- при и" = 0,4 величины критических нагрузок снижаются на 40 %;

- при и" ;>-1 величина критической нагрузки снижается более чем на 60 %.

Соответственно, для симметричной потери устойчивости снижение критических нагрузок составляет

-при пнс =0,2 —25%;

-при п"с= 0,4 —35%;

- при п" >■ 1 — менее 50 %.

Вывод:

1. Установлено, что при различных соотношениях погонных жесткостей ригеля и стоек учет податливости закрепления стоек в основании оказывает более существенное влияние на величины критических нагрузок при несимметричной потере устойчивости, чем при симметричной. При несимметрич-

Библиографический список

ной потере устойчивости при относительной податливости закрепления стоек в основании величины критических нагрузок снижаются на 30-60 %. При симметричной потере устойчивости снижение критических нагрузок составляет 25-50 %.

2. Существенное влияние на величину критической нагрузки оказывает не столько соотношение погонных жесткостей ригеля и стоек, сколько относительная податливость закрепления стоек в основании. При изменении соотношения погонных жесткостей (i) в диапазоне от 1 до 6 изменение критической нагрузки при любой степени податливости не превышает 4-5 %. При увеличении степени податливости (п") в диапазоне от 0 до 0,2 при любых соотношениях погонных жесткостей ригеля и стоек значения критических нагрузок при симметричной и несимметричной потере устойчивости снижаются на 25-30 %.

1. Кленков, С. Н. Расчет сооружений на деформируемом основании [Текст] / С. Н. Кленков. — К : НИИСК, 1996. — 204 с.

2. Малышев, М. В. Прочность грунтов и устойчивость оснований [Текст] /М. В. Малышев. — М. : Стройиздат, 1977. — 176 с.

3. Трегуб, А. С. Вар'шцшний методрозв'язання нелШйних контактных задач при деформациях основ i споруд [Текст] / А. С. Трегуб // Мехатка грунтлв та фундаментобудування: Mamepia.m 4-укр. наук.-практ. конф. —К., 2000. —Вин. 53, кн. 2. — С. 247-251.

4. Узун, И. А. Расчетные модели железобетонных элементов [Текст] / И. А. Узун. — Одесса : ИМК Город мастеров, 2000. — 248 с.

5. Кодыш, Э. Н. Универсальный узел сопряжения ригеля с колонной [Текст] / Э. Н. Кодыш, Л. Л. Лемыш, И. И. Мордуховичи др. //Бетон и железобетон. — 1994. — Вып. 1. — С. 2-4.

6. Шмуклер, В. С. Учет полной диаграммы "<jb - sh" в алгоритме расчета железобетонных элементов / В. С. Шмуклер, И. Я. Лучковский // Науковий eicmm ôydiemapnea. Mamepia.m лйж-народноï конференци 'Ресурс i безпека експлуатаци конструкцт, буд/вель i споруд ". — Харшв : ХДТУБА, ХОТВАБУ. 2003. —Вип. 23. — С. 143-150.

7. Эренбург, В. М. Эксплуатационные пластические шарниры в железобетонных ригелях рамных каркасов общественных зданий [Текст] : автореф. дне. канд. техн. наук / В. М. Эренбург. — М„ 1994. — 24 с.

8. Емец, Е. В. Совершенствование методов расчета конструкций каркасных зданий при неравномерных осадках основания [Текст] / Е. В. Емец // Современные проблемы строительства : ежегодный научно-технический сборник. — Донецк : Донецкий ПромстройНИИпроект, ООО 'Лебедь"', 2003. —Вип. 1(6). — С. 46-50.

© Емец Е. В.

О Карапетян С. X.

© Никишина И. А.

Рекомендована к печати и.о. заведующего каф. СК, к.т.н., доц. ДонГТУПсюком В. В., д.т.н., проф. каф. ГиПС ИСАиЖКХЛНУ им. В. Даля Дроздом Г. Я.

Статья поступила в редакцию 21.02.17.

к.т.н. Смець О. В., к.т.н. Карапетян С. X., Шкннина I. О. (ДонДТУ, м. Алчевськ, ЛНР) ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ПОДАТЛИВОСТ1 ОСНОВИ НА РОБОТУ РАМНИХ СИСТЕМ

Досл1д.жено напружено-деформований стан рам каркасних буди н к ¿в при в пли в i на них пере-мицень податливоi основи. Проанал1зовано стутнь впливу податливоат закртлення стшок з основою eid абсолютно жорсткого до шартрного на величины критичных навантажень. Для р1зних ступетв податливоат закртлення стшок в ocnoei визначет крытычш значения поздов-жтх зусыль.

КлючосЛ слова: податливость, деформована основа, рамт системы, жорстшсть, гнучшсть, ригель.

PhD Yemets Е. V., PhD Karapetyan S. Kh., Nikishina I. A. (DonSTU, Alchevsk, LPR) INVESTIGATING THE INFLUENCE OF BASEMENT PLIABILITY ON FRAME SYSTEM BEHAVIOR

The stress-strain state of building frames has been examined when the pliable basement displacement influenced them. The influence of pliability on critical loads when legs are fastened to the basement has been analyzed from completely rigid to the jointed type offastening. Critical values of longitudinal forces have been determined for various degree ofpliability of legs fastening in the basement. Key words: pliability, deformed basement, frame system, rigidity, plasticity, cross bar.