УДК 624.04

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОГО СПОСОБА УСИЛЕНИЯ СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ НА ОСНОВЕ ВЫЯСНЕНИЯ СЛАБЫХ ЧАСТЕЙ И ЭЛЕМЕНТОВ

Зернов Владимир Викторович1, Зайцев Михаил Борисович2, Толстенкова Инна Игоревна3
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент кафедры «Механика»
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент кафедры «Механика»
3Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, студент

Аннотация
Данная статья посвящена теоретическому обоснованию выбора рационального способа усиления стропильных ферм. Показаны несколько способов выявления слабых частей и элементов ферм.

Ключевые слова: конструкции ферм, коэффициент эффективности, критическая нагрузка, общая устойчивость, схемы усиления


THE THEORETICAL RATIONALE FOR THE CHOICE OF RATIONAL METHOD OF ENHANCING THE ROOF TRUSSES ON THE BASIS OF FINDING THE WEAK PARTS AND COMPONENTS

Zernov Vladimir Victorovich1, Zaytsev Mihail Borisovich2, Tolstenkovа Inna Igorevna3
1Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor of department “Mechanics”
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor of department “Mechanics”
3Penza State University of Architecture and Construction, Student

Abstract
This article is devoted to the theoretical substantiation of a choice of rational method of strengthening roof trusses. Shows several ways to find the weak parts and truss elements.

Keywords: circuit gain, critical load, design of farms, efficiency, overall stability


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Зернов В.В., Зайцев М.Б., Толстенкова И.И. Теоретическое обоснование выбора рационального способа усиления стропильных ферм на основе выяснения слабых частей и элементов // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 5. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/05/54427 (дата обращения: 02.06.2017).

Выбор схемы усиления конструкций существенно зависит от их типа, технического состояния, условий нагружения до и после усиления, специфических условий эксплуатации, задач усиления и т.д.

Назначению схемы усиления конструкций, в частности металлических стропильных ферм, должен предшествовать анализ несущей способности не усиленной конструкции. С этой целью, прежде всего, требуется произвести ее статический расчет и расчет на устойчивость с учетом действительной расчетной схемы на различные комбинации нагрузок (включая нагрузки, воздействие которых предполагается после усиления). Такой расчет может осуществляться в рамках линейной постановки в предположении неограниченной упругости элементов фермы. Выбрав расчетные сочетания усилий для каждого элемента системы, выявляются те из них, несущая способность которых недостаточна и минимизирует несущую способность системы в целом.

Установление степени перегрузки каждого из элементов, недостаточная несущая способность которых в наибольшей степени влияет на несущую фермы в целом, и отношения их количества к общему числу элементов позволяет оценить усиливаемую конструкцию с точки зрения равнопрочности и дает общее представление о выборе схемы усиления. Очевидно, если в системе больше 20% стержней, у которых несущая способность недостаточна, то наиболее рационально принять схему усиления с изменением конструктивной схемы фермы, ведущим к существенному перераспределению усилий в конструкции.

В другом случае выбор падает на иные методы усиления, такие как увеличение сечений стержней фермы, введение дополнительных элементов без существенного изменения статической схемы. Оценка размещения стержней с недостаточной несущей способностью в общей схеме фермы является также важным этапом анализа. Такая оценка дает представление о характере желаемого перераспределения усилий (разгрузка опорных или пролетных зон ферм), и следовательно, может служить основанием для выбора схемы усиления.

Установление вида предельного состояния также оказывает влияние на этот выбор. Например, если для группы сжатых элементов одновременно не выполняются условия прочности и устойчивости, то необходимы, либо соответствующая их разгрузка за счет изменения схемы конструкции, либо усиление увеличением сечения. Необеспеченность только устойчивости может свидетельствовать или о необходимости развития системы связей, или о рациональности введения дополнительных шпренгельных элементов в систему.

С точки зрения эффективности разгрузки элементов системы рациональны схемы, максимально увеличивающие жесткость конструкции. В первую очередь этому условию отвечают схемы, связанные с подведением дополнительных опор, затем с введением дополнительных элементов и, наконец, непосредственным увеличением сечений элементов в соответствующих зонах фермы.

Ввод в конструкцию фермы предварительно напряженных затяжек позволяет эффективно влиять на перераспределение усилий в ней. Однако при использовании методов предварительного напряжения при усилении следует учесть, что сложность работ по осуществлению и контролю преднапряжения не демонтируемых конструкций (тем более в условиях действующего производства), возможность перераспределения части усилий на смежные и ограждающие конструкции и их потерь за счет обжатия и обмятия элементов и деталей существенно влияет на эффект усиления. Практика обследования усиленных конструкций показывает, что в ряде случаев введенные предварительно напряженные затяжки через несколько месяцев эксплуатации теряю значительную долю усилий предварительного напряжения.

Выбор схемы усиления сжатых стержней стропильных металлических ферм определяется в общем случае формой их поперечного сечения, условием загружения, соотношениями и величинами жесткостей. Теоретическим обоснованием выбора рациональной схемы усиления ферм с позиции устойчивости и максимального повышения критической нагрузки служит то, что различные сжатые элементы не одинаково эффективно участвуют в обеспечении общей устойчивости ее. Поэтому прежде чем решить, какую схему усиления наиболее выгодно выбрать, нужно выявить те элементы конструкции, усиление которых в наибольшей степени повлияет на повышение устойчивости всей фермы в целом, а значит и на повышение значения критической нагрузки.

Существуют несколько методов определения слабых частей и элементов ферм. Один из методов определения слабых частей – определение главных реакций, а также их производных по формуле:

Сравнивая их значения можно судить о наиболее слабых частях ферм, усиление которых в наибольшей степени повлияет на повышение критической нагрузки. Для определения наиболее слабых стержней или элементов фермы предлагается определить долю участия каждого элемента в обеспечении общей устойчивости.

Это реализуется определением коэффициентов эффективности fkкак компонент вектора градиента критической силы. Сравнивая значения коэффициентов активности можно решить вопрос о выборе рациональной схемы усиления. Усиление элементов с незначительными коэффициентами активности приведет к небольшому повышению критической нагрузки. На основе определения коэффициентов активности с использованием градиента критического состояния, а также энергетическим методом также можно решать вопрос о выборе схемы усиления металлических стропильных ферм.


Библиографический список
  1. А.Н. Раевский, М.Б. Зайцев. Определение градиента условия критического состояния для рам и ферм и использование его для рационального усиления. Ж-л «Известия вузов», Строительство N4, 1999 г.
  2. В.В. Зернов, М.Б. Зайцев, Н.Н. Ласьков. Определение критической нагрузки для стропильных ферм в упругой и упруго-пластической стадиях работы. Ж-л «Региональная архитектура и строительство», N4, 2014 г.
  3. Кузин Н.Я. Проектирование и расчёт стальных ферм покрытий промышленных зданий: Учебное пособие. – Пенза: Пензенский государственный университет архитектуры и строительства. 2014 г. –247с.


Все статьи автора «Зайцев Михаил Борисович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: