Menu

Основные понятия и определения

Основные понятия и определения

 

Покрытия, у которых основная несущая конструкция, перекрывающая пролет, работает на растяжение, называют висячими.

Следует заметить, что многообразие висячих покрытий не дает возможности выбрать единый определяющий критерий, в равной степени характеризующий все покрытия. Составными частями почти каждого висячего покрытия являются собственно покрытие или пролетная часть и опорный контур, воспринимающий реакции от пролетной части.

В зависимости от конструктивных и статических особенностей схемы висячие покрытия можно разделить на вантовые, висячие оболочки, системы комбинированные и с внешними тросами.

Покрытия, пролетная часть которых образована сетью несущих гибких нитей * (вант) с последующей укладкой на нее ограждающих элементов без обеспечения совместной работы их между собой и с опорным контуром, называют вантовыми.

Они являются наиболее характерными представителями висячих покрытий и по существу занимают промежуточное положение между чисто висячими и традиционными схемами покрытий.

В вантовых покрытиях чаще всего применяют гибкие нити в виде элементов с пренебрежимо малой жесткостью на изгиб и кручение, с равномерным распределением напряжений растяжения в сечениях, нормальных к их продольным осям.

Вантовые покрытия, как и все висячие, являются распорными. Опорный контур их (бортовой элемент) в виде замкнутого кольца, квадрата и т. д. или отдельных разомкнутых элементов воспринимает распоры чаще всего в уровне покрытия и конструируется из жестких элементов, способных работать на сжатие, изгиб или кручение. Восприятие распора от пролетной части покрытия также возможно при помощи оттяжек, заанкеренных в грунт, или контрфорс. Иногда распор воспринимается так называемым гибким контуром, где отсутствуют напряжения изгиба и кручения.

К вантовым покрытиям можно отнести так называемые тканевые оболочки из хлопчатобумажных и синтетических материалов.

* В механике нитью называют материальную линию, которая под действием внешних сил может принимать любую форму в пространстве [64].

Ткань, представляющая собой сеть, образованную двумя семействами взаимно пересекающихся гибких нитей, при значительном увеличении количества нитей и соответствующем уменьшении расстояния между ними, является ограждающей и несущей конструкцией и отличается от обычных мембран отсутствием касательных напряжений.

Байтовые покрытия могут быть использованы как промежуточный этап при строительстве так называемых висячих оболочек, когда

[image]

Рис. 1.1. Висячее покрытие цирка в Донецке.

на натянутую сеть укладывают железобетонные или армоцемет ные плиты с последующим омоноличиванием швов вместе с вантами (рис. 1.1, 1.2). В таком случае ванты являются основной арматурой висячей оболочки, а контур вантовой сети служит в дальнейшем в качестве бортового элемента оболочки. Возможно также образование висячих оболочек путем укладки монолитного железобетона по вантовой сети.

Ограждающие конструкции и бортовой элемент висячих оболочек связаны совместной работой и представляют собой жесткие пространственные системы, способные воспринимать значительные эксплуатационные нагрузки, в том числе и неравномерные. Байтовые сети как промежуточное звено для создания висячих железобетонных оболочек получили очень большое распространение.

В некоторых случаях висячие оболочки выполняют из тонколистовой стали, алюминия, в виде многослойной деревянной плиты, которые в статическом отношении представляют собой мембраны, способные воспринимать, кроме нормальных, касательные напряжения.

Покрытия, пролетная часть которых состоит из гибких вант и жестких элементов, работающих на изгиб, называют комбинированными висячими. Жесткие элементы в комбинированных покрытиях способствуют распределению сосредоточенных и неравномерных нагрузок на значительное количество несущих гибких вант.

[image]

 

[image]

Рис. 1.2. Висячие покрытия (США):

а — Ралей-аренэ; б — аэровокзал в Чантили.

Существуют также висячие покрытия с внешними тросами (подвесные покрытия), образуемые жесткой пролетной конструкцией, подвешенной к вантам, закрепленным на стойках-пилонах. Покрытия с внешними тросами, схемы которых по сути заимствованы из практики мостостроения, имеют простую конструкцию, однако ухудшают внешний вид здания и во многом ограничивают планировочные решения.

Среди разнообразных конструктивных схем висячих покрытий наибольший интерес с инженерной точки зрения представляют

вантовые покрытия на жестком опорном контуре с пролетной частью в виде различных систем вантовых сетей.

Гибкая нить как элемент строительных конструкций привлекала внимание инженеров и ученых с давних времен. Теорией веревочного многоугольника, разработанной на основе изучения свойств гибкой нити, и применением этой теории к расчету висячих мостов занимались еще Вариньон, Ляме, Клайперон, Навье и др.

Свойства гибкой нити как элементов механических передач исследованы в работах Лагранжа, Эйлера и других выдающихся ученых. В 1690 г. братьями Бернулли и Лейбницем была решена задача о цепной линии, результаты которой имели большое значение для последующих исследований. История развития науки о свойствах нити описана в работе [64]. Как элемент покрытий гибкая нить применяется сравнительно недавно. Первыми Байтовыми покрытиями вполне совершенных форм следует считать покрытия павильонов Всероссийской выставки в Нижнем Новгороде, запроектированных и осуществленных в 1896 г. выдающимся инженером и ученым В. Г. Шуховым (рис. 1.3).

Долгое время строители опасались применять покрытия, несущая конструкция которых выполнялась из гибких нитей. Причина заключалась в недостаточной изученности свойств таких покрытий и в отсутствии методов расчета, проверенных практикой. К первым исследованиям в этой области относятся работы Г. Маркуса и А. П. Синицина, в которых сетки различных структур трактуются как дискретный аналог мембран.

В последние годы появилось большое количество работ, посвященных вопросам расчета вантовых покрытий. Особое внимание было уделено теории расчета систем из гибких нитей [6, 7, 22, 23, 28—31, 41—44, 46—48, 50, 51, 54] и расчету отдельных элементов висячих покрытий [5, 24, 35, 36, 38]. 

Из зарубежных представляют интерес работы С. Ендо [65], X. К. Банделя [66], В. Корнеллиуса [67], Р. С. Ривлина [68], Ф. К- Шлейера [69], Эрас и Эльце [70], Д. Яверта [71], О. Фрея [58] иЗ. Соботки[55].

Вопросы расчета и проектирования вантовых покрытий также освещались в работах [8—15, 18—21].

Основное преимущество вантовых покрытий заключается в их экономичности, получаемой за счет более целесообразного использования затраченного материала. С увеличением перекрываемого пролета экономичность вантовых покрытий значительно возрастает. Теоретические расчеты и примеры из практики проектирования и строительства показывают, что вантовые покрытия дают возможность перекрывать рекордно большие пролеты без промежуточных опор. Зная форму провисания и прочность материала на растяжение, нетрудно подсчитать теоретически возможное расстояние между опорными точками Байтового покрытия. Так, максимальный пролет Байтового покрытия при применении высокопрочной стали может достигнуть 36,1 км [55].

Достоинством вантовых покрытий является, их технологичность и возможность монтажа без лесов. При последующем превращении Байтового покрытия в висячую оболочку омоноличивание швов производится в опалубке, подвешиваемой к плитам ограждения или вантам.

[image]

Рис. 1.3. Покрытие павильона Всероссийской выставки в Нижнем Новгороде (1896 г.).

Существенным обстоятельством, обеспечивающим широкое распространение вантовых конструкций, является возможность применения современных высокопрочных материалов, которые вследствие сравнительно низкого модуля упругости не могут с надлежащим эффектом использоваться в других конструкциях.

Обладая относительно небольшой стрелой подъема или провисания (в пределах 1/20—1/25 пролета), вантовые покрытия обеспечивают наименьшую строительную высоту здания, уменьшают внутренний объем и расходы на системы отопления и эксплуатацию здания. Отсутствие в основных элементах сжимающих напряжений обеспечивает повышенную огнестойкость вантовых покрытий, так как исключается явление потери устойчивости — наиболее характерная причина разрушения при пожаре.

Вантовые покрытия, обладающие большими возможностями формообразования, предопределяют архитектурную выразительность

[image]

здания.

[image]

Рис. 1.4. Форма гибкой нити при действии нагрузки:

а — сосредоточенной; б — сосредоточенной и распределенной.

Павильоны Всемирной выставки в Брюсселе, спортивные комплексы Олимпийских игр в Токио, Скво-Вел-ли, Гренобле, Мюнхене характеризуют возможности вантовых покрытий. Существенным недостатком вантовых покрытий является их большая деформативность, связанная с тем, что ванты '. могут изменять свою начальную геометрическую форму в зависимости от вида внешней нагрузки. Возникающие при этом перемещения в отличие от упругих, имеют в основном так называемый кинематический характер и могут достигать больших величин. Так, при действии сосредоточенной силы форма нити получает значительные отклонения от первоначальной (рис. 1.4). Если такую же сосредоточенную силу прикладывать к нити, предварительно загруженной равномерно распределенной нагрузкой, отклонение от первоначальной формы уменьшится, так как нить под действием нагрузки принимает форму соответствующей веревочной кривой. Если одна из нагрузок (в данном случае, постоянная распределенная) преобладает, то отклонение от первоначальной соответствующей ей формы при действии других нагрузок будет незначительным.

Таким образом, уменьшить кинематические перемещения можно при помощи постоянной нагрузки, создаваемой увеличенным собственным весом или усилиями предварительного напряжения (замена одной нити двумя, имеющими кривизну разных знаков; одна нить является несущей, а другая — напрягающей). Более подробный кинематический анализ вантовых систем см. в гл. II. В вантовом покрытии седловидной формы напрягающие ванты создают дополнительную постоянную нагрузку для несущих вант, что способствует уменьшению деформативности покрытия в целом при действии неравномерных нагрузок. Каждая нить такой сети является пригруженной и поддерживаемой другими нитями, чем одновременно обеспечивается пространственная работа.

Мероприятиями по обеспечению жесткости вантовых покрытий добиваются стабильности их геометрической формы при изменениях характера временных нагрузок. Поэтому напрягающие ванты иногда называют стабилизирующими.

Таким образом, сравнительно большая деформативность вантовых покрытий может быть в значительной мере ликвидирована современными методами предварительного напряжения. В этом смысле недостаток может рассматриваться как особенность вантовых покрытий.

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:5010 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:8202 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:5018 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Сканерная съемка.

Лазерный сканер – прибор, предназначенный для автоматического определения пространственных координат множества точек, расположенных на поверхности объекта съемки. Сканер излучает лазерный луч, который, отразившись от поверхности объекта, возвращается к прибору. По времени...

13-08-2010 Просмотров:9594 Инженерная геодезия. Часть 2.

Определение элементов залегания наклонно…

Элементы залегания геологических границ (пластов, поверхностей напластования и несогласий, тектонических) не всегда удаётся замерить в обнажениях. Их можно определить: по видимым наклонам в обнажениях, шурфах и канавах; по данным бурения;...

01-10-2010 Просмотров:40718 Геологическое картирование, структурная геология

Напряженное состояние массива и оценка п…

Напряженное состояние массива и оценка прочностных характеристик криогенных пород Результаты экспериментов по изучению изменения скорости распространения упругих волн и динамических модулей упругости мерзлых пород  льда в напряженно-деформированном состоянии [32, 37, 41...

27-09-2011 Просмотров:5490 Электрические и упругие свойства криогенных пород