Войти  |  Регистрация
Авторизация

Примеры проектирования рамных конструкций и исследования



Исследована эффективность предварительного напряжения однопролетной рамы со сплошным сечением ригеля и стоек. Рассмотрено два вида предварительного напряжения: затяжкой ригеля рамы и горизонтальным смещением опоры всей рамы. Предварительное напряжение создается горизонтальной затяжкой в монтажном элементе, вставляемом в среднюю часть ригеля. Горизонтальная затяжка расположена в средней части монтажного элемента (рис. 6.18). Предварительное напряжение затяжки может производиться на заводе и на монтажной площадке при укрупнительной сборке. Предварительно-напряженный элемент ригеля соединяется с Г-образными крайними элементами рамы на монтаже. Эти элементы имеют двутавровое симметричное сечение, постоянное по всей длине. Они не имеют предварительного напряжения. Предварительно-напряженный элемент ригеля имеет несимметричное двутавровое сечение, рассчитывается как внецентренно сжатый стержень.
Примеры проектирования рамных конструкций и исследования

При статическом расчете предварительно-напряженной рамы момент инерции монтажного элемента ригеля с затяжкой заменялся эквивалентным моментом инерции сжатоизогнутого стержня без затяжки, для которого взаимный поворот опорных сечений равен взаимному повороту опорных сечений стержня с затяжкой Анализ показал, что в предварительно-напряженных рамах пролетом 30—60 м можно получить экономию стали 11—37%.
С увеличением высоты рамы экономия уменьшается и при Н=0,5L применение предварительного напряжения становится малоэффективным. Процент экономии материала в бесшарнирных рамах выше, чем в двухшарнирных.
Примеры проектирования рамных конструкций и исследования

При предварительном напряжении рамы горизонтальным смещением стойки внутрь пролета на фундаменты передается дополнительный распор, разгружающий ригель, но дополнительно нагружающий стойки и фундамент. Средняя, разгружаемая часть пролета ригеля проектируется в виде отдельного монтажного элемента, имеющего отличное от крайних Г-образных элементов рамы сечение. Г-образные элементы рамы рассчитываются на моменты M12=M11, а средняя часть ригеля рассчитывается на момент M2 (рис. 6.19). Из расчета рамы на действие равномерно распределенной нагрузки и горизонтального смещения опоры (рис. 6.19) получены формулы для определения расчетных усилий.
Примеры проектирования рамных конструкций и исследования

Анализ показал, что значение параметра ψ, определяющего длину вставки ригеля, колеблется в пределах 0,85—0,4 в зависимости от значений L, H и Δ0. Предварительное напряжение рам смещением опор целесообразно применять для рам с относительно небольшой высотой H =(0,2...0,25)L, при этом экономия металла может составить 8—12%. При L=30 м рекомендуется Δ0=7,5 см, при L = 42 м Δ0=10 см при L=60 м Δ0=15 см.
На рис. 6.20 показаны различные схемы рамных решетчатых конструкций, характеризующие многообразность решений. Большинство из них запроектировано под руководством Б,А. Сперанского. На рис. 6.20, а каждый отдельный отправочный элемент стержня нижнего пояса ригеля рамы, работающий на растяжение, предварительно напряжен затяжкой. Предварительное напряжение выполняется на заводе при изготовлении стержня.
Предварительное напряжение ригеля двухпролетной рамы конвейерной эстакады (рис. 6.20, б) дало экономию стали 15% и стоимости 10% по сравнению с показателями ненапряженной рамы. Предварительное напряжение осуществлялось затяжками, размещенными в зонах наибольших изгибающих моментов в поясах ригеля. Натяжением наклонных подвесок, расположенных над опорами в многопролетной конструкции (рис. 6.20, в) фермы получили в пролете разгружающее усилие. Этот прием предварительного напряжения может облегчить фермы покрытия на 15—20%. На рис. 6.20, г показан поперечный разрез здания выставочного павильона в Сокольниках (Москва). Основной несущей конструкцией покрытия является рама с наклонными стойками, что уменьшает пролет ригеля и создает у него наружные консоли. При натяжении консолей двумя наклонными тяжами в ригеле рамы возникает предварительное напряжение, разгружающее ригель в пролете, в результате увеличения опорного момента. При постоянном сечении ригеля моменты на опорах и в пролете выравниваются. Растянутые тяжи обеспечивают жесткость конструкции в продольном направлении, заменяя вертикальные связи. В проекте универсального промышленного здания (рис. 6.20, д) использована та же идея разгрузки ригеля в пролете натяжением затяжками консолей. В данном случае стойки рамы, выполненные из железобетона, поставлены вертикально, затяжки из стальных канатов размещаются в плоскости стены, вес которой через затяжку передается на консоли. Ригель рамы запроектирован из алюминиевого сплава Д16-Т. Шаг рам 24 м. Использование предварительного напряжения позволило значительно облегчить массу ригеля. В проекте перекрытия малой спортивной арены на Центральном стадионе Свердловска предварительное напряжение стальных решетчатых ригелей создается одной горизонтальной и двумя наклонными затяжками (рис. 6.20,ж). Предварительное напряжение позволило сэкономить 23% металла.
Примеры проектирования рамных конструкций и исследования

В проекте горы разгона лыжного трамплина (рис. 6.20,е) для разгрузки основного пролета также использовано натяжение затяжкой консоли. Пролетное строение горы разгона образовано трехгранной фермой с трубчатыми поясами, наклонная опора плоская с предварительно-напряженными стержневыми перекрестными раскосами.
Примеры проектирования рамных конструкций и исследования

Комплексное предварительное напряжение конструкций покрытия применено в проекте сборочного цеха с верхнеподвесным транспортом (рис. 6.21,б). Главные рамы пролетом 60 м шарнирно опираются на железобетонные колонны. Ригель и колонны объединены в жесткую раму стальной затяжкой ломаного очертания. Затяжка натягивается и вызывает разгружающие усилия в ригеле (рис. 6.22,а). На рамы, поставленные с шагом 24 м, опираются фермы, идущие в продольном направлении. Фермы запроектированы неразрезными и также имеют предварительное напряжение, осуществляемое наклонными тягами, расположенными в фонарной конструкции. На продольные фермы, поставленные с шагом 12 м, опираются неразрезные поперечные фермы. Ригель рамы и фермы запроектированы из алюминиевых сплавов. Затяжки рам из двух стальных канатов диаметром 55 мм, тяги продольных рам из стальных стержней с фаркопфами для натяжения. Каждый канат натягивается с земли тянущими домкратами силой 500 кН. В проекте реализовано несколько рациональных идей: сжатый стержень колонны запроектирован из железобетона, элементы покрытия из легкого алюминиевого сплава, затяжки из высокопрочной стали. Включение в работу конструкций из алюминиевого сплава стальных затяжек увеличивает жесткость конструкции, снижает в них расчетные усилия и частично заменяет дорогой алюминиевый сплав более дешевой сталью. В другом варианте конструкции ригеля и фермы запроектированы из стали при тех же конструктивной схеме покрытия и способе предварительного напряжения.
Технико-экономические показатели проектных вариантов с предварительно-напряженными конструкциями сравнивались с показателями аналогичной конструкции без предварительного напряжения, применяемой в строительстве (рис. 6.21, а). Как и следовало ожидать, наиболее эффективным оказалось предварительное напряжение в конструкции из алюминиевого сплава. Расход алюминия уменьшился на 31%, общая масса ригеля снизилась на 12%, общая стоимость рамы на 70%.
В варианте из стали: усилие в стержнях нижнего пояса ригеля рамы уменьшилось в 2—3 раза, в верхнем поясе — на 35% и в решетке — на 35—40%. Масса ригеля уменьшилась на 23%, а стоимость рамы в целом снизилась на 50%.
Предварительное напряжение продольных ферм снизило расход стали и их стоимость на 18%.
В варианте из стали приняты обычные сечения стержней. В варианте из алюминиевого сплава стержни запроектированы из прессованных профилей. Конструкция узлов с креплением затяжки показана на рис. 6.22, б.
Интересные технико-экономические показатели получены в опытном проектировании решетчатых рам пролетом 96 м, выполняемых с применением разных способов предварительного напряжения. Проектирование выполнялось в МИСИ им. В.В. Куйбышева под руководством Г.С. Веденикова.
Примеры проектирования рамных конструкций и исследования

В первой работе поперечная двухшарнирная рама авиасборочного цеха, запроектированная без предварительного напряжения (рис. 6.23, а), сравнивалась с рамой, предварительно напрягаемой затяжкой (рис. 6.23,б) и с комбинированной рамой, состоящей из защемленных в фундаменте железобетонных колони и предварительно-напряженного затяжками ригеля, шарнирно опирающегося на колонны (рис. 6.23,в). Шаг рам 24 м. Стальные конструкции запроектированы из стали марки Ст3, бетон для колонн марки М400, для фундаментов бетон М200, затяжки из стальных канатов с временным сопротивлением проволоки 19 МПа. Затяжки рамы состоят из четырех канатов диаметром 65 мм, каждая из затяжек ферм — из четырех канатов диаметром 50,5 мм.
Примеры проектирования рамных конструкций и исследования

Предварительное натяжение затяжки снизило расход металла и стоимость всего на 4—5%. Облегчение ригеля погасилось утяжелением опор, которые имеют достаточно большую высоту. Вариант с предварительно-напряженной фермой оказался весьма рациональным: получена экономия стали на 42%, стоимость снижена на 36,6%. Ферма оказалась на 38% легче ригеля рамы первого варианта. Столь значительная экономия получена в результате применения предварительного напряжения и замены металлических опор рамы железобетонными. Такая замена эффективна лишь при применении в ригеле предварительного напряжения, которое обеспечивает ему необходимую жесткость и малую металлоемкость без разгружающих опорных моментов рамы. Этот пример показывает, что при применении предварительного напряжения надо искать новые, рациональные компоновочно-конструктивные решения.
Во второй работе рассматривались варианты предварительного напряжения рамы механосборочного цеха с подвесными кран-балками грузоподъемностью 15 т. Шаг рам 24 м.
За эталон принималась двухшарнирная решетчатая рама (рис. 6.24,а). Предварительное напряжение существлялось затяжкой на уровне шарнирных опор (рис. 6.24, в), затяжкой с изменением конструкции опор (рис. 6.24, б) и горизонтальным смещением опор (рис. 6.24,г). Сравнительные показатели вариантов приведены в табл. 6.2. Лучшие показатели в третьем варианте: 16,4% экономии металла и 12,5% — стоимости (рис. 6.24,г).
Во втором варианте (конструктивная схема его такая же, как и в первом варианте) предварительное напряжение затяжкой не дало экономии ни в расходе стали, ни в стоимости. Здесь облегчение ригеля погасилось утяжелением стоек и фундаментов (из-за увеличения распоров). В четвертом варианте получена экономия стали на 15% и стоимости на 25%. Здесь весь распор (от нагрузки и принудительного смещения опоры) воспринимает фундамент, что примерно в 2,5 раза увеличило объем бетона.
Примеры проектирования рамных конструкций и исследования

Интересное решение с использованием предварительного напряжения было применено в павильоне транспорта на Международной выставке в Брюсселе (1958 г.). Поперечная рама каркаса образована двумя стойками, шарнирно соединяющимися с фундаментом и ригелем (рис. 6.25). Поперечная и продольная жесткость каркаса обеспечивается гибкими предварительно-напряженными стержнями. Два наклонных стержня, соединяющие стойки с ригелем, создают жесткую в поперечном направлении конструкцию. По продольному ряду колонн жесткость обеспечивается крестовыми связями. Без предварительного напряжения гибких подкосов поперечной рамы они не могли бы работать на сжатие и жесткость рамы не была бы обеспечена. Ригель рамы и решетчатые прогоны кровли выполнены из алюминиевого сплава. Стойки из труб усилены приваренными с трех сторон тавровыми профилями переменного сечения. Связи выполнены из трех высокопрочных проволок диаметром 7 мм.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent