Залізобетонні оболонки покриття з поверхнею нової форми

ЗАЛІЗОБЕТОННІ ОБОЛОНКИ ПОКРИТТЯ З ПОВЕРХНЕЮ НОВОЇ ФОРМИ

Спеціальність 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Полтава - 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Сумському державному аграрному університеті Міністерства агропромислового комплексу України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор Фомиця Леонід Миколайович Сумський державний аграрний університет, завідувач кафедри будівельних конструкцій

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Клименко Федір Єлисеєвич Львівський державний аграрний університет, завідувач кафедри будівельних конструкцій;

кандидат технічних наук, доцент Руденко Юрій Михайлович Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондратюка, доцент кафедри залізобетонних та кам`яних конструкцій.

Провідна установа Науково-дослідний інститут будівельних конструкцій Державного Комітету України у справах будівництва, архітектури і житлової політики, м. Київ.

Захист відбудеться "16" листопада 1999 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 44.052.02 при Полтавському державному технічному університеті імені Юрія Кондратюка за адресою: 314601, м. Полтава, Першотравневий проспект, 24, ауд. 234.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Полтавського державного технічного університету імені Юрія Кондратюка за адресою: 314601, м. Полтава, Першотравневий проспект, 24

Автореферат розісланий " 15 " жовтня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Семко О.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.

Вступ. Тонкостінні оболонки з трансляційною поверхнею є одним з поширених класів будівельних конструкцій, який отримав широке розповсюдження в різних областях будівництва. Використання цих поверхонь на квадратному та прямокутному планах дозволяє перекривати значні площі без проміжних опор, що дуже важливо при зведенні будівель та споруд громадського та промислового призначення. Серед них найбільше розповсюдження отримали оболонки додатної гаусової кривини, популярність яких пояснюється вдалим впливом форми оболонки на розподіл зусиль по поверхні покриття, що забезпечує економію матеріалу. Як показує досвід, в порівнянні з плоскосними рішеннями зниження матеріальних витрат складає 20-40 %, витрат на будівництво 10-15 %. При використанні монолітного варіанту зведення оболонки зниження витрат матеріалу зростає до 30-50%.

Оболонки, що використовуються в практиці проектування та будівництва, традиційно обмежуються поверхнями другого ступеню. Це обумовлено простою формою запису рівнянь, що їх описують, і постійною, чи малозмінною кривиною. Це дає цілий ряд спрощень при рішенні систем диференційних рівнянь рівноваги, які використовуються у розрахунках.

Однак, відомо, що кривина поверхні справляє значний вплив на напружено-деформований стан оболонок. Використання кривих, які описуються рівняннями більш високого ступеня, дозволяє створювати поверхні, які характеризуються кривиною, що значно змінюється. Це може забезпечити більш рівномірний розподіл нормальних зусиль та зусиль зсуву і знизити моменти згину. Направлені дослідження поверхонь більш високого ступеня стосовно до проектування просторових покриттів практично не проводилися. Тому, доцільним є вдосконалення поверхонь додатної кривини.

Актуальність теми. Питання, яке пов`язане з пошуком нових більш ефективних форм поверхонь для просторових покриттів будівель та споруд з метою зниження витрат матеріалу та собівартості будівництва, є актуальною задачею, вирішенню якої і присвячена ця дисертація.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Виконана дисертаційна робота є розділом загальної теми “Просторові покриття будівель та споруд”, що виконується на кафедрі будівельних конструкцій Сумського державного аграрного університету.

Мета і задачі дослідження: синтезувати та дослідити економічно вигідну поверхню залізобетонної оболонки двоякої кривини для проектування просторових покриттів.

Для реалізації поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- одержати нові геометричні форми залізобетонних оболонок на основі плоско-паралельного переносу рівнянь більш високого ступеня, ніж другий. Порівняти їх геометричні параметри з оболонкою в формі еліптичного параболоїда, яку прийняти за еталон;

- провести дослідження напружено-деформованого стану трьох залізобетонних оболонок постійної товщини з гладкою поверхнею засобами математичного моделювання з використанням МКЕ на програмному комплексі “Міраж”;

- дослідити вплив фізичної нелінійності матеріалу на роботу оболонки нової форми; вибрати найбільш перспективну форму для подальших досліджень;

- провести на фізичних моделях експериментальні дослідження несучої здатності оболонок нової форми і аналога та порівняти їх результати з теоретичними;

- розробити практичні рекомендації що до проектування поля та бортових елементів залізобетонної оболонки нової форми;

- оцінити техніко-економічну ефективність нової просторової форми покриття;

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

- на основі рівняння зігнутої вісі вільно опертої балки, яка знаходиться під дією рівномірно розподіленого навантаження отримана нова поверхня - ФПЛБ (форма пружної лінії балки) та досліджені її геометричні параметри;

- отримані результати теоретичних досліджень напружено-деформованого стану залізобетонної оболонки ФПЛБ при симетричному та несиметричному навантаженнях в порівнянні з оболонкою - еталоном;

- проведено аналіз роботи оболонки ФПЛБ з урахуванням фізичної нелінійності;

- виконані експериментальні дослідження роботи моделей оболонок ФПЛБ та еліптичного параболоїда при симетричному навантаженні;

- надані рекомендації по проектуванню оболонки нової форми прогоном 36 та 72 м;

Практичне значення одержаних результатів. Запропонована поверхня нової форми рекомендується в якості покриття для будівель та споруд громадського та промислового призначення з розмірами у плані понад 36 м. В порівнянні з відомими аналогами, використання цієї поверхні дозволяє отримати економію матеріалу при проектуванні конструкції покриття. Для поля оболонки можливе використання легкого бетону, що дає змогу зменшити власну вагу конструкції та підвищити теплоізоляційні властивості покрівлі.

Особистий внесок здобувача. Результати теоретичних та експериментальних досліджень, пов`язаних з вивченням напружено-деформованого стану оболонки нової форми та пропозиції що до її конструювання належать особисто автору дисертації.

Апробація результатів дисертації. Основні результати обговорені на наступних конференціях:

- трьох міжнародних: “Ресурсо - и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций” в м. Бєлгород (1995 р.), “Инженерные проблемы современного бетона и железобетона” в м. Мінськ (1997 р.), “Проблемы теории и практики железобетона” в м. Полтава (1997р.);

- на II-й Всеукраїнській науково-технічній конференції “Науково-практичні проблеми сучасного залізобетону” в м. Києві (1999 р.), а також на науково-технічній конференції викладачів, співробітників і студентів Сумського державного університету (1996 р.) та на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, аспірантів і студентів Сумського державного аграрного університету (1996-1999р.).

Публікації. Зміст дисертації опублікований у 4 статтях наукових журналів, у 3 збірниках наукових праць, у 2 матеріалах і одній тезі доповідей конференцій. Загальна кількість матеріалів , що опублікувалися, складає 25 сторінок.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел та шести додатків. Робота викладена на 177 сторінках, містить 148 сторінок основного тексту, 48 рисунків, 23 таблиці, 145 найменувань використаних літературних джерел на 12 сторінках та 6 додатків на 16 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтовується актуальність теми, мета, наукова новизна, практичне значення, а також дані про використання одержаних результатів.

У першому розділі дана класифікація геометричних форм оболонок просторових покриттів та проаналізовано досвід в області їх проектування, будівництва та методів розрахунку.

Проведений аналіз свідчить про те, що найбільше розповсюдження в практиці будівництва отримали оболонки додатної гаусової кривини, статичні умови роботи яких дозволяють створювати покриття більш економічні, ніж покриття у вигляді оболонок інших форм чи у вигляді плоскосних конструкцій. При цьому було відзначено, що дані конструкції описуються, здебільшого, рівняннями другого ступеня, характерною рисою яких є постійність чи малозмінність кривини по поверхні, що значно спрощує розрахунки по знаходженню компонентів напруженого стану, площі та об'єму оболонки. Тому поверхні, що описуються рівняннями другого ступеня, стали основними в працях В. З. Власова, Ю. І. Работнова , О.П. Філіна, А.Л. Гольденвейзера, В.В.Новожилова, М.В.Колкунова, присвячених розрахунку оболонок по безмоментній та моментній теоріях, та в працях О.О. Гвоздева, А.С. Вольмира, А.І. Лурье, І.Є. Мілейковського, О.Н. Огибалова, О.Р. Ржаніцина, С.П. Тимошенко, А.С. Дехтяря, О.О. Расказова, М.Ш. Варвака, Г.Г. Віноградова, В.М. Шимановського, Ф.Є. Клименка, О.Л. Шагіна, і інших в якості прикладів при дослідженні та отриманні методів розрахунку несучої здатності оболонок та аналізу їх напружено-деформованого стану .

Проте, було помічено, що конструкція під дією власної ваги займає для себе таке положення в просторі, при якому її внутрішні зусилля розподіляються в відповідності забезпечення її найкращої роботи. При цьому, рівняння, що описують її положення, є рівняннями більш високого порядку, ніж другий. Прикладом таких конструкцій може бути важка гнучка нитка, яка під впливом навантаження власної ваги провисає за законом ланцюгової лінії, створюючи рівно міцну конструкцію та вільно оперта балка, зігнута вісь якої описується рівнянням IV ступеня. Використання цих кривих для створення оболонок може забезпечити більш рівномірний розподіл нормальних зусиль та зусиль зсуву в серединній поверхні. До того ж доцільність використання кривих, які описуються рівняннями вищого ступеня була обгрунтована проведеним А.С. Дехтярем і О.О. Расказовим аналізом впливу форми меридіана поверхні і кривини оболонок обертання на їх несучу здатність, який підтвердив ефективність оболонки обертання з меридіаном у вигляді кривої Ламе 4-го ступеню.

На підставі проведеного аналізу зроблено висновок, що удосконалення поверхонь додатної гаусової кривини, з метою зниження витрат матеріалу та собівартості будівництва, є актуальним питанням, для вирішення якого були сформульовані задачі дослідження.

Другий розділ присвячено теоретичним дослідженням та розрахункам залізобетонних трансляційних оболонок нової форми та оболонки еталона - еліптичного параболоїда. На основі розглянутих у першому розділі кривих ланцюгової лінії та пружного прогину балки були отримані нові форми оболонок додатної гаусової кривини з трансляційною поверхнею. Рівняння оболонок отримані таким чином, що начало системи координат знаходиться в вершині їх поверхні, при x =0, y =0 z =0.

Рівняння оболонки еталона - еліптичного параболоїда має вигляд:

,

де f1 та f2 - стріли підйому над опорним контуром;

а та b - розміри у плані; при квадратному плані a = b, f1 = f2.

Кривина в кожній точці поверхні знаходиться відповідно виразу:

, (1)

але в теорії пологих оболонок в зв`язку з тим, що , використовується спрощена форма запису кривини. Тому для оболонки еліптичного параболоїда в вершині параболи при x=0, y=0:

; (2)

Рівняння оболонки, яка створена на основі плоско-паралельного переносу ланцюгової лінії має вигляд

 (3)

де d - коефіцієнт, який визначає величину стріли підйому оболонки та залежить від розміру поверхні в плані;

x, y - змінні значення координат у плані.

Вираз для кривини записується як:

, , (4)

Оболонка, яка отримана на основі рівняння зігнутої вісі вільно опертої балки під дією рівномірно розподіленого навантаження, описується рівнянням IV ступеня:

(5)

де а - розмір оболонки у плані;

f - спільна стріла підйому над опорним планом;

x, y - змінні значення координат у плані.

Поверхня одержала назву - форма пружної лінії балки (ФПЛБ), вираз для кривини якої записується у вигляді:

; ; (6)

Для розгляду були прийняті квадратні в плані оболонки розміром 2a=2b=36 м та стрілою над опорним планом 4.5 м. Враховуючі, що в цьому випадку , кривина оболонок визначалась за формулою (1).

Наведені на рисунку 1 графіки дозволяють зробити висновок, що нові форми оболонок значно відрізняються розподілом кривини. Характерною особливістю оболонки ланцюгової лінії є слабе зменшення кривини поверхні при переході від вершини до контуру. До того ж, за характером розподілу величин кривини оболонка ланцюгової лінії суттєво не відрізняється від оболонки еліптичного параболоїда. Графік кривини оболонки ФПЛБ описується рівнянням II ступеня та носить виражений криволінійний характер. Найбільша величина кривини простежується у центральній частині. По мірі наближення до опорного контуру вона зменшується, наближуючись до нульових значень.

Для оцінки напружено-деформованого стану розрахунок оболонок проводився по моментній теорії, для якої диференційні рівняння рівноваги можливо записати у вигляді:

(7)

,

де ,,- компоненти зусиль в серединній поверхні;

Mx , My , Mxy - компоненти зусиль із серединної поверхні;

X, Y, Z - компоненти навантаження;

kx, ky, kxy - кривини серединної поверхні оболонки ;

, , .

Якщо ввести функцію напружень та функцію прогину , то отримаємо диференційне рівняння, яке пов`язує напруження та деформацію у вигляді:

(8)

де D - циліндрична жорсткість оболонки на згин : ;

- коефіцієнт Пуассона.

Функція напружень пов`язана з зусиллями рівняннями

, , (9)

Функція прогину , яка характеризує згинальний стан оболонки на контурі пов`язана з моментами слідуючими виразами:

, , (10)

Враховуючи труднощі в рішенні диференційних рівнянь рівноваги для оболонки ФПЛБ, у дисертаційній роботі розрахунок оболонок по моментній теорії проводився за допомогою сучасної комп'ютерної техніки на програмному комплексі “ Міраж”, методом кінцевих елементів. Це дало змогу розрахувати оболонку, як сумісно працюючу з бортовими елементами, та відобразити особливості матеріалу, з якого вона була запроектована.

Оболонки розраховувались на дію рівномірно розподіленого навантаження величиною 3.83 кН/м2, яке складалося з власної ваги оболонки, ваги утеплювача та снігу для II кліматичного району. Поле оболонок було прийнято з важкого бетону класу В30 постійної товщини рівної 6 см, контурні елементи у вигляді безроскісної ферми. Конструкція мала опір у 4 кутах, одному з яких було заборонено будь яке переміщення вздовж вісей X,Y,Z, двом другим переміщення відповідно вісі X чи Y, четвертий мав вільне переміщення по переліченим напрямкам.

Результати теоретичних розрахунків свідчать, що оболонка ФПЛБ отримала відмінну від оболонки ланцюгової лінії і еліптичного параболоїда.

При цьому величини прогину деяких точок бортового елементу перевищують величину допустимого граничного прогину, рівного ( )L. Для оболонки ФПЛБ характерний більш рівномірний розподіл прогину всієї поверхні, що особливо виражено по 3 - 3. Максимальний прогин простежується в центральній точці бортового елементу, величина якого складає ( )L.

Аналіз напруженого стану , як і очікувалось, виявив суттєву різницю між оболонками. Виявилось, що оболонка ФПЛБ має більш рівномірний характер розподілу нормальних напружень в порівнянні з оболонкою еліптичного параболоїда та ланцюгової лінії. Їй характерно зниження величин нормальних напружень та напружень зсуву в середній частині поля.

Загальний аналіз напружено-деформованого стану всього поля оболонки показав, що більша частина поверхні виявляється стиснутою по двом напрямкам головних напружень, при цьому при опірна зона концентрації головних напружень розтягу виявляється суттєво меншою, ніж у оболонки еліптичного параболоїда.

У розділі також був простежений вплив несиметричного навантаження (навантаження однієї половини та чверті поля) на напружено-деформований стан оболонок. Попередні результати були отримані при розрахунку оболонок в пружній стадії їх роботи. Але, напружено-деформований стан монолітної оболонки неоднорідний, це приводить до змінності модуля пружності та перерозподілу зусиль. Тому суттєвим стає врахування фізичної нелінійності матеріалу для визначення фактичної несучої здатності конструкції. Розрахунок оболонок з використанням залежності перетинного модуля пружності у вигляді

(11)

проводився методом перемінних параметрів пружності до 1% збіжності. Це дозволило виявити, що оболонка еліптичного параболоїда витримує навантаження лише 0.8 від навантаження, яке несе оболонка ФПЛБ. При цьому, різниця між навантаженнями, які визивають прогини граничного значення, складає 1.8 рази. Рівність прогинів центральних точок поля оболонок простежується, коли навантаження відрізняються лише у 1.2 рази. Це дає змогу висловити, що оболонка ФПЛБ менш деформативна, ніж оболонка -еталон.

У третьому розділі описані експериментальні дослідження моделі оболонки ФПЛБ в зіставленні з моделлю оболонки еліптичного параболоїда, виконаних з дотриманням масштабів моделювання. Виходячи з загальних правил моделювання просторових конструкцій, було застосоване афінне моделювання, при якому масштаб розміру довжини приймається не рівним масштабу товщини оболонки. Для запобігання спотворювання праці моделей, пов'язаного з невеликою товщиною оболонки, матеріал моделей був вибраний відмінним від матеріалу натурних конструкцій, а саме гіпс. Моделі оболонок формувалися з гіпсу на матрицях, виготовлених з клеєної деревини в модельному цеху з точністю до 0.1 мм, що дало змогу відобразити особливості геометричної форми. Розміри моделей складали 7272 см, висота стрілки підйому 18 см. Моделі досліджувались на дію рівномірно розподіленого ступеневого навантаження, яке створювалось тиском повітряної подушки, розташованої безпосередньо на поверхні оболонки. Кожна ступень навантаження складала 10 см. в. ст. = 0.1 кН/м2, величина котрої фіксувалась за допомогою водяного манометра.

Для оцінки достовірності одержаних даних результати експериментальних досліджень оболонки ФПЛБ та еліптичного параболоїда порівнювалися з теоретичними даними, отриманими на програмному комплексі “Міраж”. На початкових рівнях навантаження спостерігався добрий збіг експериментальних даних з результатами розрахунків у пружній стадії роботи матеріалу оболонки. Однак, експериментальні дані при початку процесу тріщиноутворення, що починається з рівня приблизно з =0,5 від руйнуючого навантаження, значно відрізняються від даних пружного теоретичного розрахунку. Врахування фізичної нелінійності у теоретичних розрахунках поліпшило збіг експериментального прогину при порівнянні з теоретичним. При цьому була використана дрібно-лінійна залежність Л. П. Макаренко - Г.О.Фенко, у вигляді, що була перевірена при іспиті гіпсових кубів , виконаних з одного замісу при формуванні з відповідною моделлю та випробуваних в один день із нею. Обидві оболонки зруйнувалися при близьких значеннях величин прогину, зафіксованих на етапі, що передує етапу руйнування, проте величини руйнівних навантажень, відмінні у 1.3 рази. Для оболонки еліптичного параболоїда вона склала Р=120 см.в.ст.=12 кН/м2; для оболонки ФПЛБ Р=160 см.в.ст.=16 кН/м2.

У четвертому розділі надані рекомендації стосовно проектування оболонки ФПЛБ розміром в плані 3636 м та загальною стрілою підйому 9 м. При проектуванні оболонки постійної товщини рекомендується використовувати легкий бетон класу не нижче за В20 з щільністю =1400 кг/м3 и =1800 кг/м3, це дає змогу зменшити власну вагу покриття та підвищити його теплоізоляційні властивості. При цьому достатня товщина поля складає 6 см. У випадку необхідності виготовлення поля оболонки з важкого бетону має наявність резерв міцності матеріалу, що дозволяє зменшити товщину поля оболонки за рахунок її перерозподілу в найбільш напружені місця. При використанні важкого бетону класу В30 достатня товщина поля складає 2 см і тільки у кутовій частині поля на площі приблизно 9 м2 потрібно її збільшення до 6 см. Найбільш ефективне використання матеріалу оболонки ФПЛБ простежується для покриттів прогоном більших ніж 36м, наприклад 72 м.

Для оболонки такого прогону достатня товщина середньої частини поля складає 6 см, кутова зона потребує 13 см. Для оболонки ФПЛБ прогоном 36м витрати сталі на 1м2площі склали 2.36кг; для прогону 72м - 2.69 кг (без урахування витрати сталі на контурні елементи).

Тому, ця поверхня рекомендується в якості покриття для будівель та споруд громадського та промислового призначення з розмірами у плані понад 36м.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Досліджена залізобетонна оболонка, побудована за поверхнею нової геометричної форми, що утворена плоско-паралельним переносом пружної лінії балки (ФПЛБ). Нова поверхня характеризується значно змінною кривиною, максимальне значення якої спостерігається у центрі оболонки. По мірі наближення до опорного контуру кривина зменшується, наближаючись до нульових значень. Це приводить до значних змін в характері розподілу зусиль .

Дослідження напружено-деформованого стану оболонки ФПЛБ методом математичного моделювання показали, що ця поверхня має відмінну від оболонки еталона ( еліптичного параболоїда) деформовану схему. До того ж, як і очикувалось, форма її поверхні забезпечує більш рівномірний розподіл нормальних напружень і напружень зсуву, та зниження величин моментів згину в при контурній частині покриття у порівнянні з відомою поверхнею еліптичного параболоїда. Це означає, що нова поверхня більш економічна.

По ступеню використання міцностних характеристик матеріалу, з якого вона виготовляється та забезпечення загальної жорсткості конструкції, нова оболонка є більш ефективною, ніж оболонка - еталон. Залізобетонна оболонка ФПЛБ натуральних розмірів ( 3636 м ), при рівних переміщеннях центра поля витримує навантаження у 1.2 раз більше, ніж еліптичний параболоїд. До того ж навантаження, які приводять до появи допустимих граничних прогинів, відрізняються у 1.8 разів.

Експериментальні дослідження моделей оболонок двох типів: еліптичного параболоїда і поверхні ФПЛБ, показали, що при рівних умовах: розмірах у плані, товщині оболонки, фізико-механічних властивостях матеріалу, стріли підйому, засобах та методах навантаження, граничних умовах -модель ФПЛБ витримує в 1.3 разу більше навантаження за рахунок особливостей кривини поверхні.

Дані особливості дозволили рекомендувати при проектуванні покриття розміром 3636 м легкий бетон класу не нижче за В20 з щільністю =1400 кг/м3 і =1800 кг/м3 для виготовлення поля гладкої монолітної оболонки товщиною 6 см , що дає змогу зменшити власну вагу покриття та підвищити його теплоізоляційні властивості. У випадку необхідності виготовлення поля оболонки з важкого бетону, має наявність резерв міцності матеріалу, що дозволяє зменшити товщину поля оболонки за рахунок її перерозподілу в найбільш напружені місця. При використанні важкого бетону класу В30 достатня товщина поля складає 3 см і тільки у кутовій частини поля потрібно її збільшення до 6 см. Найбільш ефективне використання матеріалу оболонки ФПЛБ простежується для покриттів прогоном 72-72 м. Тому ця поверхня рекомендується в якості покриття для будівель та споруд громадського та промислового призначення з розмірами у плані понад 36 м.

еліптичний параболоїд залізобетонної оболонка

Основний зміст дисертації опублікований в наступних роботах

1. Циганенко Л.А. Аналіз нових форм оболонок додатної гаусової кривини // Современные технологии машиностроения. Прогрессивные методики преподавания в вузе: Тематический сборник научных статей Сумы: Сумской государственный университет,1997.-Вып.1.- С.133-136.

2. Братущак Т.В., Циганенко Л.А. Методи оптимізації конструкції оболонок Проблеми теорії та практики залізобетону.-Полтава: Полтавський державний технічний університет,1997.- С.62-64.

3. Циганенко Л.А. Нові форми геометрії просторових покрить // Вісник Сумського сільськогосподарського інституту, 1997.-№1.- С.101-103.

4. Циганенко Л.А., Братущак Т.В. Моделювання оболонок просторових покрить // Вісник Сумського державного аграрного університету, 1998.- №2.- С.136-138.

5. Циганенко Л.А., Циганенко Г.М. Оболонки додатної гаусової кривини з використанням теплоізоляційного матеріалу // Вісник Сумського державного аграрного університету,1998.- С. 60.

6. Фомица Л.Н., Цыганенко Л.А. К вопросу совершенствования геометрической формы оболочки покрытий // Вісник Сумського державного університету, 1998.- №2(10).- С.129-133.

7. Циганенко Л.А. Анализ железобетонной оболочки новой формы // Будівельні конструкції .-1999.- С.250-254.

8. Цыганенко Л.А., Цыганенко Г.М. Создание новых более экономически выгодных пространственных оболочек // Тезисы докладов международной конференции “ Ресурсо-и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций.”.-Белгород: Изд. БелГТАСМ,1995.- С.99.

9. Цыганенко Л.А. Поиск новых форм оболочек покрытий // Материалы научно-технической конференции “ Автоматизация подготовки и производства изделий в машиностроении”.- Сумы: Сумской государственный университет, 1996.- С.57-58.

10. Цыганенко Л.А., Братущак Т.В. Характеристики оболочки и их влияние на внутренние усилия // Материалы конференции “ Инженерные проблемы современного бетона и железобетона”. - Минск ,1997.- С.217-220.

АНОТАЦІЇ

Циганенко Людмила Анатоліївна “Залізобетонні оболонки покриття з поверхнею нової форми”.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01.- Будівельні конструкції, будівлі та споруди. Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондратюка, Полтава,1999.

Дисертацію присвячено проблемі пошуку ефективних нових форм оболонок покриттів будівель та споруд.

Досліджена залізобетонна оболонка побудована за поверхнею нової геометричної форми, що утворена на основі плоско-паралельного переносу пружної лінії балки. З`ясовано, що ця оболонка, завдяки криволінійному розподілу кривини по поверхні, має більш рівномірний розподіл нормальних зусиль та зусиль зсуву. По ступеню використання характеристик міцності матеріалу, з якого вона виготовляється та забезпечення загальної жорсткості конструкції, нова оболонка є більш ефективною, ніж оболонка - аналог (еліптичний параболоїд).

При рівних переміщеннях центра поля, залізобетонна оболонка ФПЛБ розміром 3636 м витримує навантаження у 1.2 раз більше, ніж оболонка - аналог. До того ж, навантаження, які приводять до появи граничних прогинів, відрізняються у 1.8 разів.

Дані особливості дозволили рекомендувати при проектуванні поля гладкої монолітної оболонки товщиною 6 см легкий бетон класу не нижче за В20, що дає змогу зменшити власну вагу покриття та підвищити його теплоізоляційні властивості.

Ключові слова: оболонка, кривина, пружний прогин балки, напружено-деформований стан, просторові покриття.

Цыганенко Людмила Анатольевна “Железобетонные оболочки покрытий с поверхностью новой формы”.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01- строительные конструкции, здания и сооружения. Полтавский государственный технический университет имени Юрия Кондратюка, Полтава,1999.

Диссертация посвящена проблеме поиска экономически выгодных эффективных новых форм оболочек покрытий зданий и сооружений, рассматриваемой на примере поверхностей положительной гауссовой кривизны.

В первой главе дана классификация геометрических форм оболочек пространственных покрытий, проанализирован опыт в области их проектирования, строительства и методов расчета. Проведенный анализ наиболее распространенных поверхностей положительной кривизны в практике строительства показал, что они описываются, преимущественно уравнениями 2-го порядка. При этом данные оболочки характеризуются малоизменяющейся или постоянной кривизной, а форма записи уравнений их образующих обеспечивает легкость их дифференцирования. Однако, известно, что на несущую способность оболочки значительное влияние оказывает кривизна поверхности. Накопленные данные по исследованию оболочек вращения, проведенные А.О. Рассказовым, А.С. Дехтярем, М.Ш. Варваком, Н.В. Даниелашвили подтвердили, что поверхности, описываемые по кривой Ламе 3 и 4 степени, имеют большую несущую способность и обладают рядом преимуществ в распределении усилий.

Учитывая то, что для трансляционных поверхностей подобные исследования практически не проводились, нами сделана попытка рассмотреть вопрос о влиянии геометрии поверхности на напряженно-деформированное состояние на примере оболочек положительной гауссовой кривизны, описываемых уравнениями высокого порядка.

Во второй главе была рассмотрена новая поверхность, построенная на основе плоскопараллельного переноса кривой четвертого порядка, полученной преобразованием линии упругого прогиба свободно опертой балки - ФУЛБ (форма упругой линии балки). Установлено, что оболочке характерно криволинейное распределение кривизны, выражение которой записывается уравнением второго порядка. Для сравнения работы оболочки ФУЛБ, в качестве аналога была принята наиболее распространенная в практике строительства оболочка эллиптического параболоида. Анализ напряженно-деформированного состояния гладкой железобетонной оболочки ФУЛБ показал, что данная оболочка характеризуется более равномерным распределением нормальных и сдвигающих усилий, а так же незначительными величинами моментов в при контурной зоне. При равных прогибах центральной точки поля оболочка выдерживает нагрузку в 1.2 раза большую, чем оболочка эллиптического параболоида.

В третьей главе были проведены экспериментальные исследования моделей оболочки ФУЛБ и эллиптического параболоида размером 7272 см и общей стрелой подъема 9 см. Для предотвращения искажения работы моделей, связанной с ее небольшой толщиной, материал был выбран отличным от материала натурных конструкций, а именно гипс. Обе оболочки разрушились при близких значениях величин прогибов, однако, значения разрушающих нагрузок отличались в 1.3 раза. Для оболочки эллиптического параболоида разрушающая нагрузка составила Р=120 см.в.ст.=12 кН/м2; для оболочки ФУЛБ Р=160 см.в. ст.=16 кН/м2. Обоим моделям оболочек характерно локальное разрушение угловой зоны поля.

В четвертом разделе даны рекомендации относительно проектирования оболочки ФУЛБ размером в плане 3636 м с общей стрелой подъема 9 м. При проектировании оболочки постоянной толщины рекомендуется использовать легкий бетон класса не ниже В 20, что позволяет уменьшить собственный вес конструкции и повысить ее теплоизоляционные свойства. При этом достаточная толщина поля составляет 6 см. Применение тяжелого бетона позволяет уменьшить толщину центральной части поля оболочки до 2 см, с небольшим утолщением угловой зоны до 6 см. Использование данной поверхности для покрытий пролета свыше 36 м значительно повышает ее экономические показатели.

Ключевые слова: пространственные конструкции, оболочка, кривизна поверхности, форма упругого прогиба балки.

Tsyganenko Ludmila Anatolyvna " Reinforce concrete shells of coverings a surface of the new form". - The manuscript.

Thesis master of Technical Science on speciality 05.23.01- Building structures, Buildings and Constructions - Poltava State Technical University named in honour of Yuriy Kondratyuk, Poltava, 1999.

The thesis is devoted to a problem of search of effective shells of coverings of buildings and structures.

The new surface received on the basis of flat-parallel carry of an elastic line of a beam is offered. This established, that, thanking curvilinear to distribution on curvature, them more uniform distribution normal and moving together effort. On a degree of use strength of the characteristics of a material and maintenance of common rigidity new form more effective, those shell elliptical-parabolic. With equal moving of centre of a field, the shell FELB maintains loading in 1.2 large, that shell-analogue. The loadings causing limiting allowable deflections, differ in 1.8 time. These features have allowed recommending easy concrete, with projecting of a field of a smooth monolithic shell. It enables to reduce own weight of a covering and to raise it heat-insulating property.

Key words: spatial structure, shells, flexure curvature, and elastic deflection of a beam.

Размещено на Allbest.ur