Шарнирная рамная конструкция с Х-образными опорами Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Нужный С. Н., аспирант Старооскольский технологический институт (филиал) «МИСиС» ШАРНИРНАЯ РАМНАЯ КОНСТРУКЦИЯ С Х-ОБРАЗНЫМИ ОПОРАМИ

8е^.пи2Иту@уапДех. ги

В статье представлено новое конструктивное решение легких рамных конструкций — шарнирная рамная конструкция с Х-образными опорами и методика её расчета.

Ключевые слова: новое конструктивное решение, легкая рамная конструкция, Х-образные опоры, условие неразрывности деформаций._

Легкие рамные конструкции применяются при проектировании и строительстве отапливаемых зданий предприятий машиностроения, приборостроения, легкой, пищевой, мясомолочной, радиоэлектронной, деревообрабатывающей промышленности, сельскохозяйственных зданий, зданий технического обслуживания автотранспорта и сельскохозяйственных машин, зданий компрессорных, производственно-отопительных котельных, других зданий различного назначения: физкультурно-оздоровительных комплексов, предприятий общественного питания быстрого обслуживания, выставочных и рыночных павильонов, кафе и др. Технические возможности ЛМК позволяют применять их практически во всех районах страны, включая труднодоступные районы. Подобные конструкции являются наиболее рациональными, так как одновременно выполняют технологическую функцию и функцию несущей конструкции. В них максимально используется несущая способность балочных конструкций, но они имеют ограниченный диапазон перекрываемого пролета.

Идея использования, в легких рамных конструкциях, Х-образных опор[1] позволяет расширить диапазон перекрываемого пролета, разгрузить ригель и повысить устойчивость рамы за счет наружного подкоса.

Новые конструктивные решения легких рамных конструкций с Х-образными опорами до настоящего времени изучены слабо и вопросы их прочности, деформативности являются актуальными.

В этой связи целью настоящей работы является разработка конструктивных решений и методики расчета новых рамных конструкций с Х-образными опорами, направленная на повышение их несущей способности с одновременным снижением материалоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что в известной рамной конструкции включающей ригель рамы, стойку рамы и опорный подкос, который в данной конструкции является внутренним переходящим в наружный подкос и образующий со стойкой Х-образную опору, тем самым позволяетуменьшить материалоемкость,

одновременно увеличить перекрываемый пролёт и повысить устойчивость стойки.

Вся совокупность конструктивных элементов, описанных выше образует новое устройство рамных конструкций позволяющих перераспределить усилия в них, уменьшить материалоемкость, увеличить перекрываемый пролет и повысить устойчивость стойки, что обеспечивается использованием внутреннего подкоса, переходящего в наружный подкос.

На рис.1 схематично изображена шарнирная рамная конструкция с Х-образными опорами.

Предлагаемая новая конструкции рамы состоит из ригеля 1 опирающегося на стойку 2, внутренний подкос 3 и наружный подкос 4.

Данная шарнирная рамная конструкция работает следующим образом: полезная и атмосферная нагрузки воспринимается ригелем 1 и передаётся на стойку 2, внутренний подкос 3 и наружный подкос 4.

Рис. 1. Шарнирная рамная конструкция с Х-образными опорами На рисунке 2 показано схема загружения каркаса рамно-балочного типа с Х-образными опорами.

я

шшшйшшшпшшшшш]

Рис.2. Схема загружения каркаса рамно-балочного типа с Х-образными опорами Расчленим схему каркаса на три конечных элемента: на балочную систему с податливыми опорами (рис. 3) и на две Х-образные опоры (рис. 4).

где Л, =

1

6ЫЛ

2(Ь + К) Ь2

К

Б =-

6ЕТ,

£ +1)

Ь К

2(Ь2 + Ьъ) 1

(К + Ь

У = У, У2

м = | |м2

М\

где уь у2 - перемещения балочной системы в точках 2 и 3.

ф (я> = _

24ЕЛ

К + К К + К

У = СМ + У5 ;

С =

П

П,

П, (1+1

Ь К

у"' =

П2д(Ь + Ь2)

2

П,д(Ь1 + Ь)

2

(9)

П2, П3 - податливость опор 2 и 3:

К к

П

Ю ЕЕ

П

(10) (11)

Рис.4. Правая и левая Х-образные опоры

Балочную систему с податливыми опорами разобьем на три конечных элемента 1-2, 2-3, 3-4, расчетная модель балочной системы представлена на рисунке 5.

К , к .

ЕЗсп ЕЕ, '

М2, М3 - изгибающие моменты балочной системы в точках 2 и 3; q - действующая нагрузка на балочную систему; Е.Топ, Е. - изгибающая жесткость опоры и балочной системы; ЕРоп - жесткость на растяжение.

яЬ

2

о м3 - м 2 м±

^ ¿2 ь '

м2 - м3 м3 л, =---;

3 к ь, .

г, _5Ь-3

л=т;

(12)

(13)

(14)

(15)

Рис. 5. Расчетная модель балочной системы

с опиранием на Х-образные опоры В местах сочленения конечных элементов 1-2, 2-3, 3-4, составляя условие неразрывности деформаций, получим следующие уравнение:

ЛМ+ф(я) = БУ,

(1) (2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

Усилие М1А в стержне 1А равно:М1А=Я1(16) Усилие в стержне 2А равно: ЛГ _ п 1

Из условия равновесия в узлах А и В, найдем усилия в стержнях О А, АС, ВБ,ВК

Н /

А у%

Рис. 6. Действие сил в узле А НоА= ^а, ^С= ^А (18)

Из условия симметрии усилия в узле В находятся, аналогично усилиям в узле А.

Предложенный алгоритм расчет каркаса рамно-балочного типа с Х-образными опорами позволяет определить силовые и деформационные факторы в нем.

Данная конструкция рамы может использоваться, как при проектировании новых рамных систем, так и при усилении аварийных рам. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Патент на полезную модель № 92038. Шарнирная рамная конструкция с Х-образными опорами. // Нужный С.Н., Лунев Л.А. -2009131877/22; заявл. от 25.08.2009; опубл. 10.03.2010.

+

Ь

1

1

Ь

Т

Т

я

Ь

Ь