Стальні попередньо напружені перфоровані арки

Abstract

исертація присвячена розробці нової конструктивної форми стальної попередньо напруженої перфорованої арки, теоретичному та експериментальному дослідженню її роботи за різних конструктивних особливостей та схем навантаження, а також розробці методики розрахунку стиснуто-згинальних перфорованих елементів поясів з урахуванням деформаційної схеми їх роботи. Розроблений алгоритм розрахунку міцності та жорсткості арок, реалізований на конкретному числовому прикладі.Диссертация посвящена разработке новой конструктивной формы стальной предварительно напряженной перфорированной арки, теоретическому и экспериментальному исследованию ее работы при различных конструктивных особенностях и схемах нагрузки, а также разработке методики расчета сжато-изгибаемых перфорированных элементов поясов с учетом деформационной схемы их работы. Разработан алгоритм расчета прочности и жесткости арок, реализованный на конкретном числовом примере. Первый раздел посвящен обзору и анализу трудов отечественных и зарубежных ученых, в которых изучалась работа перфорированных элементов, а также конструкций на их основе. Проанализированы возможные в настоящее время схемы раскроя исходного профиля и создания в дальнейшем перфорированного элемента. Рассмотрены вопросы расчета перфорированных элементов с помощью различных методик и арочных конструкций при различных конструктивных особенностях, в том числе с учетом предварительного напряжения. Во втором разделе обоснована целесообразность новой конструктивной формы двухшарнирной стальной арки с перфорированным верхним поясом и предварительно напряженной распоркой. Установлены оптимальные параметры раскроя исходного двутавра исходя из известной комбинации изгибающего момента и поперечной силы в наиболее невыгодном сечении, а также возможность создания предварительного напряжения в элементах конструкции. Рассмотрены на конкретном примере варианты создания предварительных усилий в арке и выбран наиболее эффективный способ. Оптимальное значение увеличения высоты сечения исходного профиля определяется из условия равности максимальных значений напряжений в крайних точках тавров расчетного ослабленного сечения перфорированного пояса поскольку это позволит запроектировать наиболее оптимальным верхний пояс арки. В третьем разделе предложена и обоснована расчетная схема перфорированного сжато-изгибаемого пояса арки по деформационной схеме, которая учитывает смещение оси пояса под действием внешней нагрузки и возникновения в результате этого дополнительных напряжений от продольной силы. Разработан алгоритм расчета стальной арки, в котором обоснованы: высота размещения распорки, эксцентриситет смещения затяжки, значение предварительного натяжения распорки и предложены формулы для определения расчетных усилий M, N і Q. При определении теоретических прогибов предложенной конструкции стальной арки необходимо учитывать ее сложное деформационное состояние, в котором общий прогиб состоит из местного прогиба самого пояса, который определяется с помощью формул метода начальных параметров, а также из прогиба, который возникает в результате деформации всей конструкции за счет смещения шарнирно подвижной опоры, значения которого находим за удлинением затяжки от действия в ее сечении продольного растягивающего усилия. Применение деформационной схемы перфорированного элемента позволяет учитывать дополнительные напряжения в его сечениях за счет некоторого увеличения или уменьшения изгибающего момента. В результате чего напряжения по высоте сечения увеличиваются или уменьшаются в зависимости от того, где находится расчетная точка сечения – в растянутой или сжатой зоне. Четвертый раздел посвящен проведению и анализу результатов экспериментальных исследований стальной арки с перфорированным верхним поясом пролетом 9 м и высотой в коньковом узле 2,25 м при различных ее конструктивных особенностях и схемах нагрузки. Приведены характеристика материалов, схема экспериментальной установки и методика проведения испытаний. Выходя из поставленной цели и задач исследований, была запроектирована и изготовлена конструкция экспериментального образца в специализированной мастерской Национального университета водного хозяйства и природопользования (НУВХП) пролетом 9 м и стрелой подъема 2,25 м. Экспериментальные исследования в целом подтвердили разработанную методику расчета и целесообразность применения распорки, эксцентриситета смещения затяжки или предварительного напряжения распорки. Также было установлено, что после достижения уровня расчетной нагрузки видимых разрушений в элементах арки не произошло, полученные напряжения не превысили расчетного сопротивления стали, а вертикальные перемещения не превышали 1/200 пролета. При узловой нагрузке 13,8 кН произошла потеря устойчивости левой полуарки из плоскости действия нагрузки между точками приложения нагрузки. Запас несущей способности составил 1,15. В пятом разделе представлен пример расчета стальной арки с перфорированным верхним поясом пролетом 9 м в соответствии с алгоритмом ее расчета, который разработан в третьем разделе. Сравнение экспериментальных и теоретических результатов в целом подтвердило возможность применения разработанной методики.The thesis is devoted to developing a new constructive form of a prestressed perforated arch, to the theoretical and experimental research of its work under different constructive peculiarities and loading schemes and also to developing methods for calculating compressive bending perforated elements of belts taking into account deformation scheme of their operation. The algorithm is worked ent for calculating the strength and rigidity of arches implemented on a particular numeric example.