7963

На правах рукописи

Алтабджи Ехаб

ПРОЧНОСТЬ И ДЕФОРМАТИВНОСТЬ ПЛИТ ПОКРЫТИЙ С АРМИРОВААНЫМ ДЕРЕВЯННЫМ КАРКАСОМ

05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2005

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА ВО ВЛАДИМИРСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ

Научный руководитель

кандидат технических наук, профессор

Щуко Владислав Юрьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Арленинов Дмитрий Константинович,

кандидат технических наук, профессор

Миронов Валерий Геннадьевич

Ведущая организация

Федеральное государственное унитарное предприятие «Конструкторско - технологическое бюро железобетона» • (г. Владимир)

Защита состоится «02» июня 2005 г. в16 часов на заседании диссер-

тационного совета Д 212.162.03 при Нижегородском государственном архитек-

1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

А к т у а л ь н о с т ь т е м ы . Современное строительство требует применения прогрессивных материалов и конструкций, поскольку от этого, в основном, зависит его эффективность.

При этом важным фактором является и скорость строительства, то есть сроки возведения здания до момента сдачи его в эксплуатацию.

Для сельскохозяйственного строительства и строительства в отдаленных и труднодоступных районах актуальным является снижение веса и повышение сборности зданий. Эта задача тесно связана с применением крупноразмерных ограждающих конструкций. Сочетание их с легкими деревянными и металлодеревянными несущими конструкциями обеспечивает высокую техникоэкономическую эффективность строительства.

Типичными конструкциями легких ограждений являются многослойные плиты покрытий и панели стен.

Большое распространение в строительстве получили ограждающие конструкции на деревянном каркасе с обшивками из различных листовых материалов. В 90-х годах 20-го века ежегодный объем внедрения таких конструкций в системе только сельского строительства составлял около 3 млн. м2.

К концу 20-го века ежегодный объем применения таких конструкций сократился до 300 - 400 тыс. м2 в год, что вызвано общим снижением объемов строительства и ликвидацией производственной базы по изготовлению легких конструкций.

В настоящее время отмечен некоторый подъем в агропромышленном комплексе, что, в свою очередь, ставит вопрос о разработке и внедрении эффективных видов ограждающих конструкций, к которым относятся легкие плиты покрытий на деревянном каркасе.

Следует отметить, что в современных условиях такие плиты пролетом 3 м, получившие ранее наиболее широкое распространение, из-за своей мелко-

2

размерности морально устарели. Современное полносборное строительство сельских производственных зданий из крупноразмерных конструкций, созданное на основе высокомеханизированной производственной базы, требует применения плит большего пролета, который составляет 6 м.

Переход к укрупненным шестиметровым ограждающим конструкциям на деревянном каркасе в практике строительства позволяет вдвое уменьшить число основных монтажных элементов, снизить трудоемкость их изготовления и монтажа, сократить сроки строительства, улучшить эксплуатационные характеристики зданий за счет сокращения количества стыков. При этом известно, что увеличение пролета ограждающих конструкций связано с повышением расхода пиломатериалов, так как для ребер каркаса необходимы пиломатериалы шириной сечения 200 - 240 мм качеством не ниже 2-го сорта, что при длине 6 м вызывает практические трудности.

Проблема применения менее дефицитных пиломатериалов с высотой сечения 150 - 170 мм для каркасов плит пролетом 6 м решается за счет армирова-

деформированного состояния плит покрытия с армированным деревянным каркасом размером 1,5 х 6 м на основе экспериментально-теоретических исследований и разработка методики расчета таких конструкций с учетом длительного действия нагрузки.

П р и э т о м р е ш а ю т с я с л е д у ю щ и е з а д а ч и :

-определение влияния армирования (без преднапряжения) на несущую способность и деформативность плит покрытия с армированным деревянным каркасом при временном и длительном действии нагрузки;

-определение особенностей напряженно-деформированного состояния армированных деревянных каркасов плит при нагружении;

3

-проведение численных исследований напряженно-деформированного состояния армированных элементов каркаса плит при поперечном изгибе и длительном действии нагрузки;

-разработка методики расчета плит покрытий с армированным деревянным каркасом при длительном действии нагрузки;

-разработка рекомендаций по проектированию, расчету и изготовлению плит покрытия с армированным деревянным каркасом;

-оценка технико-экономической эффективности плит покрытий с армированным деревянным каркасом.

К о с н о в н ы м р е з у л ь т а т а м р а б о т ы относятся:

-конструктивное решение плит покрытий с армированным (без предварительного напряжения) деревянным каркасом;

-данные экспериментально-теоретических исследований работы плит покрытий при временной и длительно действующей нагрузках;

-оценка несущей способности и деформативности плит покрытий при временной и длительно действующей нагрузках;

-оценка влияния перераспределения усилий на напряженно-деформированное состояние плит покрытий при длительно действующей нагрузке;

-рекомендации по проектированию, расчету и технологии изготовления плит покрытий с армированным деревянным каркасом;

-технико-экономическая оценка эффективности плит покрытия с армирован-

ным деревянным каркасом.

Н а у ч н у ю н о в и з н у р а б о т ы составляют:

-результаты исследований напряженно-деформированного состояния плит покрытия с армированным деревянным каркасом при временном и длительном действии нагрузки;

-методика расчета каркаса покрытий с учетом длительного действия нагрузки;

4

-конструктивное решение каркаса плиты покрытия со спаренными несущими ребрами по среднему сечению ширины плиты.

Н а з а щ и т у в ы н о с я т с я :

-конструтивное решение плиты покрытия с армированным деревянным каркасом;

-результаты теоретических и экспериментальных исследований прочности и деформативности плит покрытий с армированным деревянным каркасом при временном и длительном действии нагрузок;

-методика расчета плит с учетом длительного действия нагрузки;

-предложения по конструированию и изготовлению таких плит.

П р а к т и ч е с к а я з н а ч и м о с т ь р а б о т ы . Разработаны конструкция плиты покрытия с армированным деревянным каркасом, методика их расчета с учетом длительного действия нагрузки, а также технические условия на изготовление плит покрытия с армированным деревянным каркасом. Составлены методические указания по проектированию и конструированию трехслойных плит покрытия с армированным деревянным каркасом для специальности 2903.

Р е з у л ь т а т ы и с с л е д о в а н и я были использованы при разработке совместно с ГУ «Владагропромпроект» альбома рабочих чертежей «Плиты покрытий с армированным деревянным каркасом размером 1,5 х 6 м» и ТУ на изготовление плит с армированным деревянным каркасом, в учебном процессе при курсовом и дипломном проектировании во Владимирском государственном университете.

А п р о б а ц и я р а б о т ы . Основные положения работы доложены на международных научно-технических конференциях в г. Самаре (2002 г.), Пензе (2002 г.), Одессе (2003 г.), Харькове (2003 г.), Нижнем Новгороде (2004 г.), Йошкар-Оле (2004 г.), на научно-технических конференциях Владимирского государственного университета в 2001 - 2004 гг. По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ.

5

С т р у к т у р а и объе м р а б о т ы . Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и 2 приложений. Работа изложена на 136 страницах текста, приложения - на 34 страницах, включает 38 рисунков и 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулиро-

ваны цели и задачи исследования, определены научная новизна и практическая значимость работы.

Впервой главе проведен анализ современного состояния отечественных

изарубежных конструктивных решений крупноразмерных плит покрытий, в том числе и с применением армированной древесины. Выполнен анализ существующих методов расчета армированных деревянных конструкций.

Разработке и исследованию крупноразмерных плит покрытий с деревянным каркасом, армированным как обычным способом, так и с преднапрягаемой арматурой, посвящены работы И.М. Линькова, Ю.М. Иванова, А.Б. Губенко, Д.К. Арленинова, К.В. Козлова, Л.Р. Гарбара, П.С. Кузнецова, В.Б. Касаткина и

др.

Рассмотрены существующие методы расчета армированных деревянных конструкций. При этом отмечены работы В.Ф. Бондина, Я.Ф. Хлебного, В.Ю. Щуко, Е.А. Смирнова, В.Б. Касаткина, В.Б. Вылегжанина, М.А. Кляймана и др.

В то же время прочность и деформативность армированных деревянных элементов высотой сечения 1/25 пролета и менее (в основном используемых в качестве несущих элементов плит покрытия) практически не изучена.

Анализ проведенных ранее разработок и исследований, рассмотренных в этой главе, позволил сформулировать основную цель и задачи диссертационной работы, которые изложены выше.

Во второй главе приводятся результаты теоретического исследования прочности и деформативности армированных плит покрытия и численных расчетов при длительном действии статической нагрузки.

6

Напряженно-деформированное состояние изгибаемых армированных деревянных элементов с высотой сечения 1/20... 1/40 пролета, какими являются несущие элементы каркаса плит, изучено мало, особенно при длительном действии нагрузки.

Особенностью деформирования таких элементов во времени является повышенная деформативность, вызванная снижением модуля упругости древесины, в связи с чем оценку напряженно-деформированного состояния армированных деревянных элементов плит покрытия можно произвести, используя математический аппарат теории старения.

При разработке метода расчета введены допущения, что стальная арматура во времени работает упруго и жестко соединена с древесиной. Таким образом, изменение напряженно-деформированного состояния армированного элемента во времени обусловлено ползучестью древесины. При этом изменение деформаций по высоте сечения элемента во времени пропорционально расстоянию до нейтрального слоя, то есть, справедлива гипотеза плоских сечений, кривые ползучести (релаксации) древесины параллельны, т.е. имеют параллельные касательные. При этом в теории старения начальная кривая ползучести предопределяет характер процесса нарастания деформаций.

Решение распростаняется на область линейной ползучести, в которой деформации в любой фиксированный момент времени линейно связаны с длительно действующими напряжениями. Анализ изохронных кривых ползучести показал, что древесина при напряжениях, не превышающих предела длительной прочности, практически относится к линейно ползучим материалам.