Повышение несущей способности статически неопределимых каркасных систем сборно-разборного типа из унифицированных элементов с учетом неравномерных осадок опор

Цель работы: повышение несущей способности статически неопределимых каркасных систем сборно-разборного типа из унифицированных элементов с учетом неравномерных осадок опор. Задачи диссертационного исследования: 1. Обзор и анализ научно-технической литературы и нормативных документов по каркасным системам сборно-разборного типа, вероятностному определению ветровых и снеговых нагрузок, расчету конструкций на упругом основании и устойчивости стержневых конструкций. 2. Разработка методик уточнения ветровых и снеговых нагрузок с учетом времени года, места и длительности эксплуатации здания или сооружения на одной дислокации. 3. Установление зависимостей наибольших усилий в элементах сооружения от неравномерных осадок опор. 4. Разработка методики определения предельной силы сжатия для стойки с нелинейными поворотными закреплениями на концах. 5. Разработка новых конструктивных решений, позволяющих более эффективно использовать несущую способность системы из унифицированных элементов, в частности, путём исключения зазоров и эксцентриситетов в узлах соединений и перераспределения усилий в элементах системы. 6. Экспериментальное исследование разработанных конструктивных решений. Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Получены аналитические выражения для продольной силы в центрально сжатой упругой стойке каркасной системы сборно-разборного типа при наличии концевых закреплений с нелинейной поворотной жёсткостью в зависимости от её изгибной жёсткости, длины, начальной кривизны и угла поворота концов. 2. Получены аналитические зависимости усилий в наиболее нагруженных элементах многоярусной статически неопределимой решетчатой конструкции шириной в 3 ячейки, расположенной на основании с двумя разными жесткостями, от геометрических размеров ячеек, количества ячеек по высоте, продольной жесткости раскосов и коэффициентов жесткостей основания. Теоретическая и практическая значимость работы. 1. Разработаны методики определения снеговой и средней составляющей основной ветровой нагрузок на сооружения с коротким сроком эксплуатации с учетом места и времени установки, а также длительности эксплуатации на одной дислокации меньше года. 2. Получены соотношения для определения усилий в наиболее нагруженных элементах многоярусной статически неопределимой решетчатой конструкции шириной в 3 ячейки, расположенной на основании с двумя разными жесткостями. 3. Разработана методика определения предельной силы сжатия для стойки статически неопределимой каркасной системы сборно-разборного типа из унифицированных элементов, как для упругого стержня, имеющего на концах одинаковые закрепления с нелинейной монотонно убывающей поворотной жесткостью, с учётом начальной кривизны. 4. Разработаны конструктивные решения узла соединения раскоса со стойкой статически неопределимой каркасной системы сборно-разборного типа из унифицированных элементов, позволяющие увеличить несущую способность и жесткость каркаса на сдвиг на 20% за счет исключения зазоров и эксцентриситета в горизонтальной плоскости. 5. Разработаны технические решения ограничителей усилия, позволяющих перераспределить усилия в статически неопределимой каркасной системе сборно-разборного типа и, тем самым, повысить несущую способность каркаса на сдвиг до 23%. 6. Разработано конструктивное решение саморегулирующейся опоры, позволяющей компенсировать зазор под стойкой, образованный вследствие размыва грунта или смещения опорных щитов от проектного положения, и обеспечить передачу нагрузок от стойки на основание. Методология и методы исследования. Методологическую основу диссертационного исследования составляют общеизвестные теории упругости и пластичности, законы строительной механики, а также труды зарубежных и отечественных ученых по расчету стальных стержневых конструкций. Диссертационная работа выполнена на основе аналитических и численных исследований, а также экспериментальных исследований методом натурных испытаний конструкций. Численные исследования выполнялись на современных сертифицированных программных комплексах, основанных на методе конечных элементов. При проведении натурных испытаний использованы методы нагружения и обработки результатов испытаний в соответствии с действующими нормативными документами. Положения, выносимые на защиту. 1. Методики определения ветровой и снеговой нагрузок на сооружения с периодом эксплуатации меньше года. 2. Соотношения для определения дополнительных усилий в раскосах и опорных домкратах, вызванных разностью осадок опор. 3. Методика определения предельной силы сжатия упругого стержня с одинаковыми нелинейными поворотными опорами с учетом начальной кривизны. 3. Конструктивные решения узлов соединения раскосов со стойками, исключающие эксцентриситет в горизонтальной плоскости. 4. Конструктивные решения ограничителей усилия, позволяющие перераспределить усилия в элементах системы. 5. Конструктивное решение саморегулирующейся опоры, позволяющей компенсировать зазор под стойкой, образованный вследствие размыва грунта или смещения опорных щитов от проектного положения, и тем самым обеспечить передачу нагрузок от стойки на основание. Степень достоверности результатов исследования обеспечена применением общеизвестных расчетных предпосылок и допущений в механике деформируемого твердого тела и строительной механике, корреляцией результатов численных расчетов с данными натурных испытаний конструкций. Достоверность результатов численных исследований обусловлена применением сертифицированных программных комплексов. Достоверность результатов натурного испытания обеспечена научно-обоснованным методом проведения исследований и применением сертифицированного измерительного оборудования.