Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.
Орелк: ОрелГТУ, 2008. — 155 с.
05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Турков А.В. Целью диссертационной работы является разработка экспериментально-теоретических методов исследования оценки жесткости составных деревянных и деревометаллических конструкций балочного типа (с учетом податливости их соединений) с использованием вибрационных технологий. Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- обосновать и разработать методику численного расчета составных балок с различными материалами и количеством слоев, количеством и жесткостью податливых связей;
- установить теоретически и экспериментально приделы применимости функциональной зависимости между максимальным прогибом и основной частотой собственных поперечных колебаний составных деревянных и деревоме-таллических балок;
- разработать методы определения коэффициента жесткости и коэффициента совместности работы однопролетных двухслойных балок с различными граничными условиями ее отдельных слоев по динамическим и статическим параметрам ее отдельных слоев, а также по соотношению изгибных жесткостей отдельных слоев составной балки с балкой цельного сечения;
- разработать способы оценки степени податливости укрупнительных стыков однопролетной составной балки на упруго-податливых связях и способ определения коэффициента жесткости шва вибрационным методом;
- провести серию экспериментальных исследований на составных деревянных и деревометаллических балках с изменяющимся числом податливых связей (нагелей) и различными граничными условиями. Методы исследования. В ходе проведения теоретических исследований использовались классические (аналитические и численные) методы строительной механики и теории сооружений. При проведении экспериментальных .исследований и обработке полученных результатов использовались методы экспериментальной механики, методы математической статистики. При использовании численных методов расчета применялись программные комплексы «SCAD» и «Mathcad». Достоверность научных положений и результатов подтверждается:
- использованием фундаментальных принципов и методов строительной механики и теории сооружений;
- сопоставлением экспериментальных результатов с теоретическими, а также результатов многократных статических и динамических испытаний конструкций. Научная новизна полученных результатов. При исследовании работы составных деревянных и деревометаллических балок при статических и динамических воздействиях:
- теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что в одно-пролетных составных деревянных и деревометаллических балках с горизонтальными и вертикальными упругоподатливыми связями независимо от материала слоев и их количества, жесткости поперечных связей и связей сдвига между слоями и условий опирания существует функциональная зависимость между максимальным прогибом и основной частотой колебаний;
- разработаны вибрационные методы определения коэффициента жесткости и коэффициента совместности работы двухслойных балок с различными граничными условиями ее отдельных слоев;
- разработан способ определения жесткости шва с использованием вибрационных методов;
- получены новые экспериментальные данные о том, что с ростом числа нагелей коэффициент совместности работы двухслойных балок возрастает экспоненциально, достигая постоянства при соотношении пнаг/птах 0,8. Практическая ценность и реализация работы. Разработанные в диссертации вибрационные методы и способы определения коэффициента жесткости составных балок, коэффициента совместности их работы, изгибной жесткости вертикальных укрупнительных стыков могут найти широкое применение как при конструировании составных балок, так и при обследовании конструкций зданий и сооружений. Результаты работы рекомендуется использовать при реальном проектировании, а также при реконструкции зданий и сооружений и усилении деревянных и деревометаллических элементов для оценки параметров их напряженно-деформированного состояния. На защиту выносятся следующие положения и результаты:
- доказательство закономерности о функциональной зависимости максимального прогиба от основной частоты колебаний однопролетных составных деревянных и деревометаллических балок с горизонтальными и вертикальными упругоподатливыми связями независимо от материала слоев, их количества, жесткости поперечных связей и связей сдвига между слоями, а также условий опирания; вибрационные методы и способы определения коэффициента жесткости и коэффициента совместности работы двухслойных балок с различными граничными условиями ее отдельных слоев по динамическим и статическим характеристикам каждого слоя, а также по соотношению изгибных жесткостей отдельных.слоев составной балки и балки цельного сечения;
- вибрационные методы оценки степени податливости вертикальных ук-рупнительных стыков составных балок по основным частотам их собственных поперечных колебаний; способ определения жесткости шва с использованием вибрационных методов; результаты экспериментальных исследований двухслойных деревянных и деревометаллических балок на упруго-податливых связях.
05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Турков А.В. Целью диссертационной работы является разработка экспериментально-теоретических методов исследования оценки жесткости составных деревянных и деревометаллических конструкций балочного типа (с учетом податливости их соединений) с использованием вибрационных технологий. Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- обосновать и разработать методику численного расчета составных балок с различными материалами и количеством слоев, количеством и жесткостью податливых связей;
- установить теоретически и экспериментально приделы применимости функциональной зависимости между максимальным прогибом и основной частотой собственных поперечных колебаний составных деревянных и деревоме-таллических балок;
- разработать методы определения коэффициента жесткости и коэффициента совместности работы однопролетных двухслойных балок с различными граничными условиями ее отдельных слоев по динамическим и статическим параметрам ее отдельных слоев, а также по соотношению изгибных жесткостей отдельных слоев составной балки с балкой цельного сечения;
- разработать способы оценки степени податливости укрупнительных стыков однопролетной составной балки на упруго-податливых связях и способ определения коэффициента жесткости шва вибрационным методом;
- провести серию экспериментальных исследований на составных деревянных и деревометаллических балках с изменяющимся числом податливых связей (нагелей) и различными граничными условиями. Методы исследования. В ходе проведения теоретических исследований использовались классические (аналитические и численные) методы строительной механики и теории сооружений. При проведении экспериментальных .исследований и обработке полученных результатов использовались методы экспериментальной механики, методы математической статистики. При использовании численных методов расчета применялись программные комплексы «SCAD» и «Mathcad». Достоверность научных положений и результатов подтверждается:
- использованием фундаментальных принципов и методов строительной механики и теории сооружений;
- сопоставлением экспериментальных результатов с теоретическими, а также результатов многократных статических и динамических испытаний конструкций. Научная новизна полученных результатов. При исследовании работы составных деревянных и деревометаллических балок при статических и динамических воздействиях:
- теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что в одно-пролетных составных деревянных и деревометаллических балках с горизонтальными и вертикальными упругоподатливыми связями независимо от материала слоев и их количества, жесткости поперечных связей и связей сдвига между слоями и условий опирания существует функциональная зависимость между максимальным прогибом и основной частотой колебаний;
- разработаны вибрационные методы определения коэффициента жесткости и коэффициента совместности работы двухслойных балок с различными граничными условиями ее отдельных слоев;
- разработан способ определения жесткости шва с использованием вибрационных методов;
- получены новые экспериментальные данные о том, что с ростом числа нагелей коэффициент совместности работы двухслойных балок возрастает экспоненциально, достигая постоянства при соотношении пнаг/птах 0,8. Практическая ценность и реализация работы. Разработанные в диссертации вибрационные методы и способы определения коэффициента жесткости составных балок, коэффициента совместности их работы, изгибной жесткости вертикальных укрупнительных стыков могут найти широкое применение как при конструировании составных балок, так и при обследовании конструкций зданий и сооружений. Результаты работы рекомендуется использовать при реальном проектировании, а также при реконструкции зданий и сооружений и усилении деревянных и деревометаллических элементов для оценки параметров их напряженно-деформированного состояния. На защиту выносятся следующие положения и результаты:
- доказательство закономерности о функциональной зависимости максимального прогиба от основной частоты колебаний однопролетных составных деревянных и деревометаллических балок с горизонтальными и вертикальными упругоподатливыми связями независимо от материала слоев, их количества, жесткости поперечных связей и связей сдвига между слоями, а также условий опирания; вибрационные методы и способы определения коэффициента жесткости и коэффициента совместности работы двухслойных балок с различными граничными условиями ее отдельных слоев по динамическим и статическим характеристикам каждого слоя, а также по соотношению изгибных жесткостей отдельных.слоев составной балки и балки цельного сечения;
- вибрационные методы оценки степени податливости вертикальных ук-рупнительных стыков составных балок по основным частотам их собственных поперечных колебаний; способ определения жесткости шва с использованием вибрационных методов; результаты экспериментальных исследований двухслойных деревянных и деревометаллических балок на упруго-податливых связях.