АНАЛИЗ НДС ФРАГМЕНТА РАМЫ ПРИ РЕГУЛИРОВАНИИ УСИЛИЙ В УЗЛАХ

УДК

Аннотация. В данной статье поднимается вопрос о регулировании усилий в узлах соединения ригеля с наружными колоннами в металлических многоярусных однопролетных рамах. Представляется новое техническое решение по регулированию напряженно-деформированного состояния (НДС) в рамах, а также произведена оценка полученных решений с точки зрения экономии материала в ригелях рамы.

Ключевые слова: каркасы зданий, однопролетные рамы, рамный узел, напряженно-деформированное состояние, ригели рамы.

Металлические многоярусные рамы являются составной частью каркасов здания, воспринимающей и передающей на фундамент вертикальные и горизонтальные нагрузки. Регулирование напряженно-деформированного состояния является способом снижения расхода материала на элементы рамы. Примеры регулирования усилии в многоярусных конструкциях металлических рам хорошо показаны в работах Алехина В.Н., Коковихина И.Ю. и Ушакова О.Ю. До 10-15% снижение расхода материала за счет применения регулирования усилий в узлах рамы, с применением выравнивания значений изгибающих моментов и уменьшения прогиба ригеля.

Представлена усовершенствованная конструкция узла соединения ригеля с наружными колоннами, в которой регулируются усилия в элементах рамы, с помощью чего же и увеличивается прочность и жесткость элементов каркаса, и еще существенно снижается расход материала и упрощается монтаж. На рис. 1, 2 показана конструкция рамного узла соединения ригеля с крайней колонной в многоярусной раме. Узел имеет жестко соединенные между собой двутаврового сечения крайнюю колонну (1) и ригель (2), включает стенку и полки, упорные детали (5) и высокопрочные напрягаемые элементы (6). Криволинейная часть каждого высокопрочного элемента размещена в канавке (11) соответствующего шкива (9). Высокопрочные элементы (6) выполнены из стального каната диаметром d без пеньки в жилах. Дополнительные опорные части устанавливаются на концах стального вала (7), которые в свою же очередь прикреплены к полкам колонны и к горизонтальной арматуре. Ширину канавок ободов колес выполняют превышающую два диаметра стального каната.

Рис.1. Боковой вид конструкции рамного узла соединения ригеля с крайней колонной в многоярусной раме

Высокопрочные элементы (6) расположенные в колонне (1), либо в ригеле (2) рамы подвергаются натяжению в опорных деталях. Стальной вал (7) устанавливается на расстоянии колонны, равном не менее высоты ригеля, на участке стенки под верхней полкой (4), на котором в свою очередь размещены со свободой вращения вертикальные колеса (9) с ободами (10). Дополнительный вал устанавливается на участке над нижней полкой ригеля, на котором по обе стороны от стенки ригеля размещены со свободой вращения вертикальные колеса канатных блоков с ободами.

Рис.2. Варианты выполнения натяжения в ригеле

Регулирование усилий в раме достигается за счет того, что:

• стальной вал устанавливается на участке сопряжения горизонтально жестким ригелем, от стенки колонны по обе стороны размещаются центральные втулки вертикальных колес, с каждой стороны ободами. Высокопрочные напрягаемые элементы в свою очередь размещаются в канавках. Высокопрочная проволока из которой выполняются канавки, состоит из горизонтальной, криволинейной и вертикальных частей, с анкерами стаканного типа по концам, которые закреплены в упорных деталях, при этом криволинейная часть каждого высокопрочного элемента размещена в канавке соответствующего шкива;
• высокопрочные элементы выполнены из стального каната диаметром d без пеньки в жилах;
• дополнительные опорные детали устанавливаются по концам стального вала, которые закреплены к полкам колоны и горизонтальным ребрам жесткости
• ширину канавки ободов выполняют превышающей два диаметра d стального каната, в них размещены криволинейные части высокопрочных напрягаемых элементов, имеют вертикальные части, расположенные в верхней части примыкающей колонны;
• высокопрочные элементы располагаются в колонне, либо в ригеле рамы и подвергаются натяжению в опорных деталях
• стальной вал устанавливается на участке стенки под верхней полкой ригеля на расстоянии от колонны, равном высоте ригеля, в нем по обе стороны от стенки ригеля размещаются со свободой вращения вертикальные колеса канатных блоков с ободами, они в свою очередь имеют наружные канавки для размещения соответствующих напрягающих элементов, а длины которых имеют дополнительные наклонные части, на которых по концам установлены анкера стаканного типа и закреплены в упорных деталях, расположенных около нижних полок ригеля;
• дополнительный стальной вал устанавливается на участке над нижней полкой ригеля на расстоянии, равном двойной высоте ригеля в нижней зоне ригеля, на котором по обе стороны от стенки ригеля размещены со свободой вращения вертикальные колеса канатных блоков с ободами, имеющими наружные канавки для размещения соответствующих напрягающих элементов, длина которых в свою очередь имеет дополнительную горизонтальную часть, расположенную в уровне нижней полки ригеля. Длина гибких высокопрочных напрягаемых элементов, проходящих через установленные блоки, является непрерывной, а натяжение этих элементов выполняется с последующим закреплением концов на крайних колоннах многоярусной рамы.

Для оценки предложенного технического решения по регулированию усилий в узлах были выполнены расчеты по методике, изложенной в работах [1, 2]. Расчеты выполнены в программно-вычислительном комплексе ЛИРА-САПР. Расчетная схема фрагмента рамы при действии усилий регулирования показана на рис. 3а, при действии внешней нагрузки – на рис. 3б, при совместном действии усилий регулирования и внешней нагрузки – на рис. 3в.

Рис.3. Расчетные схемы фрагмента рамы при регулировании усилий в узлах рамы

Мозаика перемещений по оси Z

(прогибы) приведена при действии усилий регулирования – на рис. 4а, при действии внешней нагрузки – на рис. 4б, при совместном действии усилий регулирования и внешней нагрузки – на рис. 4. Эпюры изгибающих моментов в ригеле представлены при действии усилий регулирования – на рис. 5, при действии внешней нагрузки – на рис. 6, при совместном действии усилий регулирования и внешней нагрузки – на рис. 7.

Рис.4. Мозаика перемещений по оси Z (прогибы), значения в мм

Заключение

При регулировании усилий в узлах металлических многоярусных однопролетных рам по техническому решению [1] снижение значений изгибающих моментов в сечениях ригеля и колонн может составлять до 20–35 %. При этом достигается выравнивание значений изгибающих моментов в сечениях рамы, а также снижается примерно в 1,5–2 раза прогиб ригеля.

Рис.5. Эпюра изгибающих моментов в ригеле при действии усилий регулирования (значения в т х м)

Рис.6. Эпюра изгибающих моментов в ригеле при действии внешней нагрузки (значения в т х м)

Рис.7. Эпюра изгибающих моментов в ригеле при совместном действии усилий регулирования и внешней нагрузки (значения в т х м)

И.М.Полякова¹, Е.Д.Глызно.²

(Научный руководитель – к.т.н.,ассоц. проф¹,

Магистрант факультета общего строительства КазГАСА.²)

Казахская головная архитектурно-строительная академия

Алматы, Казахстан

Литература:

1. Алехин В. Н., Коковихин И. Ю. Численный анализ напряженно- деформированного состояния многоярусной однопролетной рамы // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2009. № 3. С. 77–79.
2. Алехин В. Н., Коковихин И. Ю. К расчету ригелей в металличес- ких многоярусных однопролетных рамах с учетом регулирования усилий // Вестник ТГАСУ. 2010. № 2.
3. Алехин В. Н., Иванов Г. П., Коковихин И. Ю. Рамный узел соединения ригеля с крайней колонной в многоярусной раме. Патент РФ на полезную модель № 94997. Опубликовано: 10.06.2010. Бюллетень № 16.