Файл: Прогрессивные стальные конструкции [сборник]..pdf

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УССР

МАКЕЕВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

ПРОГРЕССИВНЫЕ

СТАЛЬНЫЕ

КОНСТРУКЦИИ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «ДОНБАС» ДОНЕЦК— 1974

П Р Е Д И С Л О В И Е

Строительная индустрия нашей страны все шире при­ меняет прогрессивные конструкции, позволяющие "сни­ зить расход металла, трудоемкость и стоимость изготов­ ления и монтажа. К таким конструкциям относятся предварительно-напряженные, из тонкостенных гнутых профилей, из высокопрочных сталей.

Между тем, в технической литературе, недостаточно освещены области рационального применения указан­ ных конструкций и их действительная работа. В книге изложены результаты изучения прогрессивных конструк­ ций, их испытания и даны рекомендации для опытного применения в .строительстве.

В соответствии с этим в главе I изложены материалы по предварительно-напряженным неразрезяым балкам и фермам; в главе II рассмотрены оптимальные схемы без-

. раскосных ферм из гнутых профилей и их действитель­ ная работа, результат испытания рамных узлов и осно- 4 вьг деформационного расчета конструкций из гнутых ''профилей. В главе III описаны закономерности измене­ ния массы и трудоемкости конструкций зданий йз стали обычной и высокой прочности в специальных сооруже­ ниях— башнях и резервуарах. В этой же главе опреде­ лены рациональные области использования вьгсокопроч-

3

Г Л А В А I. ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

§1. Общие положения

Вдевятой 'пятилетке поставлена задача удвоить мощ­ ность Заводов -стальных конструкций и довести объем промышленного производства стальных конструкций в 1975 г. до 4100 тыс. т. Поэтому вопросы, связанные с со­

кращением расхода металла и снижением стоимости конструкций, .приобретают огромное народнохозяйствен­ ное значение.

В"связи с этим современное конструктивное исполне­ ние металлических конструкций должно быть -высокоэф­ фективным, отличаться оригинальностью решений, ма­ лым расходом материала, низкой стоимостью, неболь­ шой трудоемкостью изготовления и монтажа, соответ­ ствовать условиям технологичности изготовления и мои-' тажа. Этим требованиям в первую очередь удовлетво­ ряют конструкции с искусственным регулированием на­ пряжений, причем во многих случаях картина напря­ женного состояния в них создается по желанию конст­ руктора. При определенных условиях в таких конструк­ циях наиболее целесообразно использовать стали ' высокой и повышенной "прочности.

Предварительное напряжение позволяет повысить эффективность конструкций, т. е. три той же затрате ма­ териала увеличить их несущую способность, а.в ряде случаев и жесткость. Следовательно, п,р.п заданной не­ сущей способности или жесткости можно получить кон­ струкции с меньшей затратой металла.

"Несущая способность напряженных конструкцийпо­ вышается за счет того, что в элементах ее предваритель­ но -создаются напряжения, по знаку противоположные напряжениям от внешней нагрузки. При запружешш вначале погашаются -напряжения, созданные искусствен­ но, а затем начинается работа материала, как "в обычных конструкциях, но к этому моменту конструкция уже не­

5

сет нагрузку, равную абсолютному значению увеличения несущей способности, появившейся вследствие предвари­ тельного напряжения.

Задача 'конструктора в данном случае состоит в том, чтобы: 1) предварительные напряжения во всех элемен­ тах (сечениях) напрягаемой конструкции но знаку были

3) способ предварительного напряжения мог быть легко осуществлен в заводских или монтажных условиях при затратах, не превышающих экономии за счет сокраще­ ния расхода материала, достигнутого в результате регу­ лирования напряжений.

Известны 'следующие способы создания предвари­ тельного напряжений: обжатие балок, ферм, рам, арок затяжками из высокопрочного материала; предваритель­ ный упругий выгиб отдельных элементов с последующей сваркой их в изогнутом состоянии в целый конструктив­ ный элемент (балку); принудительное смещение опор конструкций (.неразрезных балок, рам, арок и т. п.) на

•монтаже; временная загрузка в процессе монтажа от­ дельных элементов конструкции (консолей) или всей конструкции (оболочки) с последующим закреплением под нагрузкой, создание предварительного напряжения в прокатных профилях путем завальцовки в них предвари­ тельно натянутой высокопрочной проволоки.

Предварительное напряжение с успехом применяется для усиления уже существующих конструкций. Наи­ большее распространение получил способ напряжения путем введения высокопрочного элемента (затяжки). Перспективным, но менее исследованным с экономиче­ ской точки зрения является способ перераспределения и регулирования усилий путем смещения опор. Характер­ но, что искусственное регулирование напряжений можете

конструкций развиваются во многих странах мира. По­ этому возникла необходимость в координации и обмене опытом в этой области. С этой целью был проведен ряд международных конференций, которые состоялись в Дрездене (1963 г), Братиславе (1966 г.) и Ленинграде

6

§ 2. Определение оптимального напряженного состояния систем

при применении предварительного напряжения

Развитие и широкое применение на практике систем и конструкций с использованием предварительного их напряжения требуют установления границ рационально­ го применения искусственного регулирования напряжен­ ным состоянием. Вполне закономерно при исследовании этих границ поставить условие, чтобы любая из сравни­ ваемых систем являлась оптимальной.

В общем случае любая стержневая система может рассматриваться как статически неопределимая, в кото­ рой тем или. другим способом производится искусствен­ ное регулирование усилий. При этом статически опреде­

7

лимые ненапряженные системы .могут рассматриваться как частный случай, когда количество лишних неизвест­ ных и усилие предварительного напряжения равны

нулю.

При исследовании оптимальных параметров статиче­ ски неопределимых систем, проведенных рядом авторов, было выяснено, что такие системы могут 'быть оптималь­ ными только при заданных начальных условиях, другими словами, оптимальные статически неопредели­ мые системы могут быть только предварительно напря­ женными [12, 45].

При любых способах искусственного регулирования напряжений оптимальное состояние конструкции можно описать следующими условиями:

1) в стадии создания предварительного напряжен наиболее напряженные 'элементы должны находиться в предельном состоянии (возникающие при этом напряже­ ния противоположны по знаку напряжениям от внешней нагрузки);

■2) в стадии загруження внешними нагрузками наибо­ лее напряженные элементы (в том числе и напрягающий элемент, если он имеется) достигают предельного со­ стояния.

'При определении 'оптимального состояния будем ис­ ходить из следующих упрощенных предпосылок: внут­ ренне статически неопределимая система напрягается одной затяжкой, внешне статически неопределимая си­ стема — осадкой одной опоры.

Поскольку наиболее распространенным случаем за­ груження является равномерно распределенная нагруз­ ка (q), условимся в дальнейшем рассматривать системы,

загруженные именно такой .нагрузкой. Другие случаи загруження легко привести к предложенному эталону путем применения эквивалентной распределенной на­ грузки, под которой понимают равномерно распределен­ ную нагрузку, влияние которой на наиболее напряжен­ ные сечения системы такое же, как и для рассматривае­ мого случая загруження, т. е.

8

у— уравнение линии влияния, выраженное че­ рез х\

в t-м элементе ненапряженной системы, определенное любым способом строительной механики, равно N ql

то усилие в том же элементе с учетом искусственного ре­ гулирования определится как

зультате решения статически неопределимой системы с одним неизвестным. Общее выражение усилия самона­

9