Поиск новых эффективных форм конструкций и соединений

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

Лекция 22

Современные тенденции и особенности проектирования деревянных конструкций: учет анизотропии материалов, вопросы обеспечения местной и общей устойчивости элементов, учет переменной жесткости и учет кривизны элементов, податливости соединений, понятие о расчете с учетом геометрической, физической и конструктивной нелинейностей. Поиск новых эффективных форм конструкций и соединений. САПР деревянных конструкций

Современные тенденции и особенности проектирования деревянных конструкций: учет анизотропии материалов, вопросы обеспечения местной и общей устойчивости элементов, учет переменной жесткости и учет кривизны элементов, податливости соединений, понятие о расчете с учетом геометрической, физической и конструктивной нелинейностей.

Окружающий мир быстро меняется. Изменяется структура потребления древесины, появляются новые технологии обработки древесных материалов, средства модификации и защиты древесины. Огромное влияние на все это оказывает информатизация окружающего пространства. Естественно, указанные обстоятельства должны сказаться и на методах проектирования деревянных конструкций. Ниже перечислены те особенности проектирования деревянных конструкций, которые в наибольшей степени отличают их от других типов конструкций.

 

Учет анизотропии материалов. Для деревянных, фанерных и полимерных конструкций - вопрос исключительной важности. Согласно СНиП древесина относится к транстропным материалам, фанера - к ортотропным. Методика определения усилий в основном основана на методе сопротивления материалов для изотропных тел. Реально учет анизотропии в расчетах деревянных конструкций сведен к принятию различных сопротивлений в зависимости от угла между направлениями волокон и линии действия силы. Вместе с тем характер разрушения деревянных конструкций (скалывание, разрыв между волокнами по многочисленным площадкам разрушения и под углом к волокнам) далеко не всегда соответствует принятой в нормах расчетной модели [1].

Вопросы обеспечения местной и общей устойчивости элементов. Оценка устойчивости стержневых элементов, элементов пластин и сложных поверхностей решена в основном в упругой стадии работы материала. Вопросы общей устойчивости (потеря устойчивости плоской формы деформирования) важны при проектировании балок, арок, рам. Вопросы местной устойчивости характерны для тонкостенных пластинчатых элементов: стенки балок, обшивки панелей.

Учет переменной жесткости. Деревянные конструкции часто имеют переменную высоту сечения (жесткость) по длине конструкции. СНиП регламентирует ряд частных случаев учета переменности сечения, например для оценки влияния на прогибы или устойчивость (коэффициент k_ж). Современные средства проектирования позволяют более точно и для произвольного закона распределения жесткости по длине конструкции определять искомые напряжения и перемещения, не используя заложенные в СНиП коэффициенты влияния.

Учет кривизны элементов. Криволинейные деревянные конструкции в силу выразительности их формы и выгодного распределения усилий применяются достаточно часто. Картина напряженного состояния в элементах малой и большой кривизны для деревянных конструкций с их анизотропной структурой очевидно должна зависеть, в том числе, - и от кривизны элемента.

 

Учет податливости соединений в силу обмятия элементов в узлах безусловно сказывается и на напряженном состоянии и на перемещениях конструкции. Это характерно именно для деревянных конструкций. Многообразию видов соединения соответствует многообразие экспериментальных зависимостей учета податливости. Нормативная методика определения перемещений универсальна и не отражает частных особенностей отдельных видов соединений.

Понятие о расчете с учетом геометрической, физической и конструктивной нелинейностей. В процессе деформирования под действием нагрузок конструкция изменяет свою первоначальную геометрическую форму. Для сжато-изгибаемых элементов это означает изменение эксцентриситета нормальной силы. Усилия в конструкции измененной формы отличаются от таковых в конструкции недеформированной (соответственно различают расчет деформационный - по деформированной расчетной схеме - и расчет недеформационный). Зависимость «нагрузка – перемещения» - становится нелинейной, и в этом смысле говорят об учете геометрической нелинейности в расчетах[2]. Очевидно, что на перемещения оказывают влияние и нелинейные деформационные зависимости (s - e, в которых модуль E - переменный). В этом смысле говорят об учете физической нелинейности в расчетах. Местное обмятие в узлах, явление «отлипа» также приводит к итоговым нелинейным зависимостям между нагрузкой и перемещениями. В этом случае говорят об учете конструктивной нелинейности в расчетах[3].

Поиск новых эффективных форм конструкций и соединений.

В ХХ веке совершенствовались старые и были разработаны совершенно новые типы соединений деревянных конструкций. Многообразны формы нагельных пластинок и стержней, шпонок, металлических зубчатых пластин. Получили свое развитие и экспериментальное подтверждение надежности соединения на вклеенных арматурных стержнях.

В последние годы активные исследования были выполнены в области большепролетных фанерных панелей (12-18 м), клеефанерных рам, пространственных конструкций (сетчатые и ребристые купола) [4]