К ВОПРОСУ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТАТИЧЕСКИ НЕОПРЕДЕЛИМЫХ СТЕРЖНЕВЫХ ПОКРЫТИЙ С БОЛТОВЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ ЭЛЕМЕНТОВ

1

• Авторы
• Файлы

Должиков В.Н. Должиков А.В. Статья в формате PDF 170 KB

Статически неопределимые системы из металлических конструкций с болтовыми соединениями элементов широко применяются в строительстве. Целесообразность применения металлических конструкций устанавливается на основании технико-экономического анализа конструктивных решений. Таким конструкциям присуще высокая прочность, относительная легкость, технологичность изготовления и монтажа, трaнcпортабельность.

Стремление к увеличению габаритов зданий а, следовательно, и увеличению площади покрытия в промышленных, развлекательных и спортивных сооружениях привело к расширению номенклатуры конструкций с болтовыми соединениями их элементов.

Компоновочные и конструктивные особенности таких элементов позволяют выделить монтируемые с их применением конструкции в особый класс сооружений, отличительными особенностями которых являются:

• перераспределение усилий в статически неопределимых системах вследствие неупругих смещений в соединениях элементов, вызываемых неплотной постановкой болтов в отверстия;
• влиянием на усилие в статически неопределимых системах повышенных деформаций их оснований вследствие неравномерных просадок фундаментов этих сооружений.

О важности учета отмеченных факторов свидетельствуют наблюдавшиеся на пpaктики случаи потери несущей способности элементов, к примеру, надстроек плавучих опор для строительства мостов в результате перераспределений усилий от неучтенных перемещений. Причиной разрушения некоторых покрытий развлекательных сооружений, выполненных из металлических статических неопределимых систем с болтовыми соединениями элементов может быть также по  причине неучтенных смещений на величину разности диаметров болта и отверстия и на величину смятия металла в соединении по площадке контакта болта с отверстием. Этим определяется актуальность соответствующих исследований.

Наиболее сложным вопросом расчета статически неопределимых систем является определение усилий в элементах. Решетчатые конструкции с болтовыми соединениями элементов рассчитываются в основном с учетом шарнирного соединения в узлах. При расчете таких конструкций, представляющих собой многократно статически неопределимые стержневые системы, с целью сокращения объема вычислений, часто пользуются приближенными способами, понижающими, а иногда и полностью исключающими степень статической неопределимости.

Выполненный обзор научно-исследовательских работ в области решетчатых каркасных конструкций  свидетельствует о существенном влиянии деформативности болтовых соединений на перераспределение внутренних усилий в элементах. Столь значительное влияние смещений в соединениях вынуждает весьма внимательно подходить к проектированию и расчету решетчатых конструкций, элементы которых соединяются на болтах нормальной точности.

Смещение в болтовых соединениях решетчатых конструкций учитываются посредством замены модулей упругости Е на модуль линейной деформации Еэ элементов, определяемые через модули деформаций болтовых соединений в начале  и в болтовых   i- го элемента.

Модуль деформации болтового соединения  при усилии  в i-том элементе запишется как:

,

где  -- сила трения в соединениях i-го элемента;

 -эмпирическая зависимость при работе соединения на смятие [2];

U - сдвиг в соединении на разность номинальных диаметров болта и отверстия;

V - допускаемые отклонения от номинальных диаметров болта и отверстия;

 -- неупругая деформация смятия.

Для соединений на высокопрочных болтах, в случае использования последних как несущих, сила трения  определяется по формуле:

,

где  -- нормативное усилий натяжение болта;

f - коэффициент трения;

B₀ , B₁ -- эмпирические параметры, значения которых для низколегированной и углеродистой стали, приводятся в таблице [2].

Изменение  расстояний между центрами узлов i-го элемента определяется как сумма упругой деформации  и

,

или .

Отсюда модуль линейной деформации i-го элемента

.

Допуская, что величины смещений в соединениях в начале  и конце  i-го элемента одинаковы, модуль деформации элемента будет определяться по формуле:

.

Расчет ведется методом итерации с поэтапным уточнением усилий в элементах статически неопределимых систем. Итерационный процесс можно выполнять, также уточняя напряжения  в i-том элементе. В этом случае формула для определения модуля деформации будет иметь вид:

.

В первом приближении значения  определяется по напряжениям в конструкции с не смещающимися узлами.

Таким образом, замена модуля упругости на модуль линейной деформации позволит учесть смещения в болтовых соединениях при расчете многократно статически неопределимых систем и избежать перераспределений усилий в элементах, приводящих к разрушению конструкций.

---