УДК 624.04

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ФЕРМ С УЧЕТОМ ЖЕСТКОСТИ УЗЛОВ

Зернов Владимир Викторович1, Зайцев Михаил Борисович2, Валякин Владимир Анатольевич3
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 вопросу экспериментально - теоретического исследования устойчивости металлических ферм. Показано влияние габаритов узловых фасонок на несущую способность металлических ферм из условия устойчивости.

Ключевые слова: испытания моделей ферм, металлическая ферма, модель металлической фермы, несущая способность, способы усиления, узловые фасонки


EXPERIMENTAL AND THEORETICAL STUDIES OF THE STABILITY OF THE FARMS, TAKING INTO ACCOUNT THE STIFFNESS OF NODES

Zernov Vladimir Victorovich1, Zaytsev Mihail Borisovich2, Walakin Vladimir Anatolievich3
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 experimental and theoretical studies of stability of metal trusses. The influence of size of nodal gussets on the bearing capacity of the metal trusses of the stability conditions.

Keywords: carrying capacity, gusset plate hub, metal farm, metal farm model, methods of reinforcement, test models of farms


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Зернов В.В., Зайцев М.Б., Валякин В.А. Экспериментально-теоретические исследования устойчивости ферм с учетом жесткости узлов // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/05/54440 (дата обращения: 20.11.2016).

С целью определения наиболее слабых узлов и элементов металлических ферм, усиление которых в наибольшей степени повлияет на повышение несущей способности всей конструкции фермы из условия устойчивости были проведены экспериментально-теоретические исследования моделей металлических ферм в предельном состоянии.

Для этого были изготовлены две модели фермы пролетом 18 м в масштабе 1:10. Элементами фермы являются металлические стержни прямоугольного сечения размерами 40х1 мм и 40х0.8 мм. Жесткость узлов моделировалась защемлением стержней в металлические круглые барабаны диаметром 50 мм. Опирание моделей в крайних узлах принималось шарнирным.

На первом этапе испытания проводились на исходных (без усиления) моделях. В результате были получены значения критических узловых нагрузок для испытываемых моделей, а также схемы деформаций их, определяемые углами поворота узлов верхнего пояса. По выявленным схемам деформаций фермы при потере устойчивости был сделан вывод, что наиболее слабыми элементами являются средние элементы верхнего пояса.

Для усиления данных моделей были приняты три способа (схемы):

1. Увеличение сечений средних элементов верхнего пояса.

2. Установка дополнительных вертикальных элементов(стоек) в каждую панель, уменьшающих расчетную длину сжатых стержней верхнего пояса.

3. Постановка напрягаемой затяжки ломаного очертания, концы которой были закреплены в опорных узлах.

При увеличении размеров сечений средних стержней в плоскости фермы в два раза критическая узловая нагрузка возросла на 30 %. При этом в критическом состоянии наиболее слабыми оказались опорные раскосы.

Установка дополнительных стоек (2-я схема усиления) повысила критическую нагрузку на 29.6 %. Особенно эффективна такая схема усиления в тех (средних) панелях, где в верхнем поясе сжимающие продольные усилия имеют наибольшие значения.

Установка напрягаемой затяжки проводилась двумя способами:

1. Закрепление троса затяжки в крайних узлах верхнего пояса.

2. Закрепление троса в опорных узлах(нижнего пояса).

Усилие в тросе затяжки контролировалось перемещением специального устройства в механизме натяжения.

При установке затяжки по первому способу критическая нагрузка возросла на 11.1 %, по второму способу натяжения критическая нагрузка возросла на 37 %. При этом усилие в затяжке составило 2 значения предполагаемой критической нагрузки.

При расчете на ПЭВМ данных моделей ферм без учета конечных размеров узловых закреплений было выявлено расхождение с экспериментальными значениями критической нагрузки порядка 10 – 12 %. При расчете же с учетом жесткости узлов, которые имитировали габариты узловых фасонок процент расхождения составил 2 – 3 %. Это говорит о том, что учет жесткости узлов в виде конечных элементов большой жесткости значительно влияет на значение критической нагрузки. Таким образом, экспериментально и численно (с применением ПЭВМ) показано, что учет габаритов узловых фасонок приводит к повышению несущей способности металлических ферм примерно на 10 – 12 %. На основе такого (уточненного расчета) можно получить экономию металла такого же порядка.

Кроме описанных трех схем усиления моделей ферм было выполнено усиление опорных узлов, которое имитировало жесткое защемление их в составе поперечной рамы промышленного здания. В первом усиленном варианте (верхнего пояса) при защемлении опорных узлов критическая нагрузка для модели фермы повысилась на 66 %. Такой результат объясняется тем, что в этом варианте усиления наиболее слабыми элементами в критическом состоянии оказались опорные раскосы. В реальных же случаях, как правило, опорные раскосы оказываются наиболее жесткими и неподатливыми к потере устойчивости. Испытания исходных моделей подтвердили этот вывод.


Библиографический список
  1. Шеин А.И., Зайцев М.Б. Метод смещенных разностей для решения систем дифференциальных уравнений движения механических систем // Строительная механика и расчет сооружений. 2012. № 2. С. 38-41.
  2. 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.
  3. 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.


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:
  • Регистрация