Цилиндрические оболочки длинные и короткие из цельной или клееной древесины

12.09.2020

Рассмотрим вариант конструирования цилиндрических оболочек, отвечающий требованиям выполнения монтажа без применения поддерживающих подмостей и максимального использования при конструировании стандартных элементов индустриального изготовления (рис. 2.13.8). Диафрагмы устраиваются в виде клееных деревянных арок с металлическими затяжками. Высота сечения клееного пояса диафрагмы принимается равной 1/60 длины волны, а ширина сечения 1/3...1/4 высоты. При этом, если ширина одной доски недостаточна, то сечение может формироваться из парных арок.

Бортовые элементы — из металлических или клееных деревянных балок длиной на пролет оболочки. Высота сечения балки принимается равной 1/12...1/15 пролета между продольными колоннами стен или по расчету на растяжение, если бортовой элемент лежит на сплошной стене.

Поперечные криволинейные ребра из клееной древесины устанавливаются с шагом 1,5; 3,0; 6,0 м и более в зависимости от размеров оболочки. Для удобства монтажа поперечные ребра снабжаются временными затяжками на период монтажа. Высота сечения ребер принимается равной 1/60...1/70 их пролета. Продольные ребра при шаге поперечных ребер 3,0 м и более устанавливаются из условия обеспечения жесткости дощатого настила, укладываемого на них. Настил оболочки при шаге поперечных ребер меньше 3,0 м может устраиваться одинарным, направленным вдоль прямолинейной образующей оболочки. При шаге, большем 3,0 м, рекомендуется устраивать двойной настил — перекрестный, можно в направлении главных кривизн оболочки, но лучше под углом 45° к направлению бортовых элементов (в проекции).

Все сборные элементы оболочки необходимо проверить расчетом по плоскостной схеме на монтажные нагрузки, пока эти элементы не включаются в совместную работу в составе оболочки, так как для ребер монтажное состояние может оказаться более опасным, чем эксплуатационное.

Узлы крепления ребер к бортовым элементам могут выполняться посредством металлических «карманов», которые присоединяются к древесине с помощью гвоздей или болтов (рис. 2.13.8).

Приближенный расчет коротких цилиндрических оболочек по методу предельного равновесия. Отсутствие монолитности конструкции в отличие от железобетонных оболочек обусловливает необходимость проверки швов между элементами и других мест их соединения расчетом на прочность. Как правило, стыковые соединения обладают податливостью и меньшей прочностью по сравнению с примыкающими деревянными элементами. Особого внимания при конструировании требуют швы примыкания оболочки к диафрагмам. В этих местах концентрируются сдвигающие усилия, уравновешивающие всю внешнюю нагрузку на оболочку. Сдвиговая форма разрушения проявилась, в частности, при испытании модели покрытия катка на стадионе «Локомотив» в Москве (рис. 2.13.9). Покрытие образовано из коротких цилиндрических оболочек размерами 12x42 м. Оболочка состоит из панелей 1,5x3 м, закрепляемых к диафрагмам и промежуточным ребрам связями, работающими на сдвиг. В натуре эти связи представляют собой гвозди, распределенные по длине шва примыкания, и упоры из металлических стержней в угловых зонах плит, в модели — гвозди по длине шва.
Цилиндрические оболочки длинные и короткие из цельной или клееной древесины

Швы соединения оболочки с диафрагмами представляют собой возможные зоны текучести в предельном состоянии оболочки. Такая картина разрушения соответствует разработанной Р.А. Ржаницыным приближенной модели расчета пластин и оболочек по предельному равновесию. Согласно этой теории сосредоточенным сдвигом Г называется смещение одной части тела относительно другой в плоскости разделяющего слоя, имеющего бесконечно малую толщину b (см. рис. 2.13.9).

В предельном состоянии работа внутренних сил T должна быть равна работе внешних сил V на перемещениях оболочки, вызванных сдвигом.

Работа внутренних сил

где от — напряжение текучести при сдвиге; Ei — интенсивность деформации.

Интегрирование производится по площади w слоя, по которому происходит сдвиг. В случае дискретных связей типа гвоздей интегрирование заменяется суммированием по числу связей, а напряжение текучести при сдвиге от заменяется минимальной несущей способностью гвоздей при изгибе или смятии древесины.

Интенсивность деформации согласно теории пластичности в общем случае определяется следующим выражением:

Для сосредоточенного сдвига интенсивность деформации будет также сосредоточенная и в этом случае

Причем всегда следует брать абсолютное значение Г, не обращая внимания на знак.

Сосредоточенный сдвиг в случае цилиндрической оболочки получается в зависимости от единичного вертикального перемещения шелыги оболочки и ее геометрических соотношений. В соответствии с рис. 2.13.10 Г=х/sina. Величина х может быть получена в результате решения уравнения

Произведя вычисления и подставляя результаты в (2.13.19), получим следующее выражение для интенсивности деформации:

Имея размеры конкретной оболочки, Ei можно представить в виде одной цифры. При этом линейные размеры следует подставлять в выражение (2.13.21) в сантиметрах, чтобы обеспечить малость единичного перемещения.

Работа внешней нагрузки g на перемещениях оболочки определится по формуле

где SL1 — объем эпюры перемещений; L1 — пролет оболочки.

Эпюра перемещений располагается между двумя цилиндрами. Расстояние между цилиндрами в шелыге равно единице.

Площадь сечения эпюры перемещений определяется, например, следующим выражением:

где выражения под радикалами — уравнения верхней (у1) и нижней (y2) окружностей.

Предельная нагрузка определяется из выражения

в которое нужно подставить определенные выше величины.

Расчеты, проведенные для модели, состоящей из трех оболочек размерами 4,2x1,2 м каждая, показали удовлетворительное совпадение результатов с экспериментальными, полученными путем испытаний модели до разрушения.

Для предварительного подбора сечений наиболее напряженных элементов (диафрагм, бортовых балок и арматуры угловых зон оболочки) можно использовать приближенный расчет с небольшими изменениями, учитывающими специфику древесины. Например, растягивающее усилие в бортовом элементе однопролетной одноволновой оболочки определяется с учетом плеча внутренней пары продольных усилий, приближенно равного величине стрелы подъема оболочки f, так как сжатая зона сосредоточивается на верхнем, пологом участке оболочки, а растягивающие усилия концентрируются в верхней части бортового элемента. Отсюда получаем

где q — расчетная нагрузка на 1 м2 горизонтальной проекции оболочки; L2 — длина волны оболочки.

Определив растягивающее усилие в бортовом элементе, можно определить суммарное усилие в стержнях (или других металлических элементах) в угловых зонах оболочки путем деления этого усилия на cos45° — угла наклона стержней к направлению бортового элемента в проекции на горизонтальную плоскость.

Статически неопределимые арочные диафрагмы рассчитываются методом сил. Диафрагма превращается в статически определимую путем разрезания затяжки. Для средних диафрагм в расчет вводится плита оболочки шириной, равной шагу диафрагм L1, а для крайних — плита шириной L1/2.

Приближенный расчет длинных цилиндрических оболочек выполняется как для балок по предельному состоянию (рис. 2.13.11). Этот расчет позволяет определить сечение бортовых элементов, определить размеры сжатой зоны оболочки. Сдвигающие усилия вдоль краев оболочки определяют исходя из упругой стадии работы.

Для определения числа крепежных элементов в местах примыкания поперечных ребер оболочки к бортовым элементам можно принять эпюру сдвигающих усилий прямоугольной, по площади равновеликой теоретической эпюре, причем длина прямоугольной эпюры принимается равной 2/3 половины пролета оболочки.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна