Настоящая статья продолжает цикл работ учёных ПГУАС исследованию связанных с разработкой эффективных деревянных конструкций [1], [2], [3].
Методикой предусматривалось расчет различных рам методом конечных элементов основные размеры рам приняты из условия предварительных расчетов рам: высота сечения рам назначается в пределах 1/12... 1/30 пролета рам. Высота поперечного сечения ригеля рам в коньковом узле принимается не менее 0,3 h, а в опорном сечении — не менее 0,4 h.Прямолинейные элементы рам изготавливаются из слоев толщиной после острожки 32 мм. Толщина слоев в гнутоклееных рамах зависит от внутреннего радиуса кривизны в карнизном узле и назначается в пределах 16...24 мм.Радиус гнутого узла принимается в пределах 2м — 4м.
Основные параметры гнутоклееной рамы показаны на рисунке 1.
Рис. 1 Деревянная гнутоклееная рама
Расчет выполнен с помощью проектно-вычислительного комплекса SCAD [4]. Комплекс реализует конечно-элементное моделирование статических и динамических расчетных схем, проверку устойчивости, выбор невыгодных сочетаний усилий, подбор арматуры железобетонных конструкций, проверку несущей способности стальных конструкций. В представленной ниже пояснительной записке описаны лишь фактически использованные при расчетах названного объекта возможности комплекса SCAD.
Для задания данных о расчетной схеме могут быть использованы различные системы координат, которые в дальнейшем преобразуются в декартовы. В дальнейшем для описания расчетной схемы используются следующие декартовы системы координат:
Глобальная правосторонняя система координат XYZ, связанная с расчетной схемой.
Локальные правосторонние системы координат, связанные с каждым конечным элементом.
Расчетная схема определена как система с признаком 5. Это означает, что рассматривается система общего вида, деформации которой и ее основные неизвестные представлены линейными перемещениями узловых точек вдоль осей X, Y, Z и поворотами вокруг этих осей.
Гнутоклееная деревянная рама представлена как трех шарнирная и одна шарнирная. Заданы правильные граничные условия, и приложена расчетная нагрузка. рассмотрены три комбинации загружений:
1) Собственный вес(0.05 Т/м) + погонная нагрузка от покрытия (0.68 Т/м)+ снег на всю длину (0.54 Т/м)
2) Собственный вес(0.05 Т/м) + погонная нагрузка от покрытия(0.68 Т/м) + снег слева (0.54 Т/м)
3) Собственный вес(0.05 Т/м) + погонная нагрузка от покрытия (0.68 Т/м)+ снег справа (0.54 Т/м)
Результаты статических расчетов приведены на рисунке 2.1–2.6, где приведены эпюры основных усилий (изгибающих моментов, поперечных сил, продольных сил) в трехшарнирной и одношарнирной раме.
|
|
|
|
Рис. 2.1. Эпюра усилий Му в трех шарнирной раме |
Рис. 2.2. Эпюра усилий Му в одношарнирной раме. |
|
|
|
|
Рис. 2.3. Эпюра усилий N в трех шарнирной раме. |
Рис. 2.4. Эпюра усилий N в одно шарнирной раме. |
|
|
|
|
Рис. 2.5. Эпюра усилий Q в трех шарнирной раме. |
Рис. 2.6. Эпюра усилий Q в одно шарнирной раме. |
Нетрудно заметить, что введение «лишних» связей, т. е. статической неопределимости в статическую работу рам, приводит к перераспределению усилий с наиболее напряженного участка (гнутой карнизной части) рамы в менее напряженные места. Учитывая то, что карнизная гнутая часть является наиболее ответственной, с точки зрения безопасности работы рамы, подобное явление благоприятно, поскольку позволяет при пректировании рамы уменьшить рабочее сечения в опасных участках и более надежно выполнить напряженный участок гнутой рамы.
Сравнивая величины максимальных изгибающих моментов, возникающих в одношарнирной и трехшарнирной рамах, можно отметить снижение расчетных усилий в наиболее опасном и напряженном сечении почти на 6 % Естественно что такое снижение максимального изгибающего момента в раме может привести к уменьшению высоты рабочего сечения почти на 50 %
Перераспределение изгибающего момента с карнизного узла на определенную часть стоек рамы, с другой стороны, может привести к увеличению высоты сечения стоек рамы в определенных участках. Однако следует заметить, что на этих участках отсутствует кривизна (что лучше для работы деревянного клееного элемента) и выравнивание высоты сечения рамы по длине ее снимет технологические трудности при выполнении переменности высоты сечения по длине рамы.
Считаем, что изменение статической схемы рамы, т. е. переход на рамы одношарнирные может дать в целом технико-экономический эффект как в расходе клееной древесины так и в трудозатрат при их изготовлении.
Литература:
1. Современные тенденции развития проектирования в строительстве [Текст] / М. В. Арискин [и др.] // Молодой ученый. — 2012. — № 10. — С. 31–33
2. Применение многорядных соединений в деревянных конструкциях в практике строительства [Текст] / М. В. Арискин [и др.] // Молодой ученый. — 2013. — № 5. — С. 35–38.
3. Экономическая эффективность проектирования в комплексе Аllplan по сравнению с существующими CAD-системами [Текст] / М. В. Арискин [и др.] // Молодой ученый. — 2013. — № 5. — С. 32–35.
4. Лицензия № 8135м от 07.12.2009 г. (Пользователь Арискин М. В.)
