Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




17.10.2018


16.10.2018


15.10.2018


15.10.2018


08.10.2018


08.10.2018


08.10.2018


02.10.2018


01.10.2018


28.09.2018





Яндекс.Метрика
         » » Обзор выполненных исследований и практических работ

Обзор выполненных исследований и практических работ

15.07.2014

Идеи предварительного напряжения использовались строителями с давних пор. Еще в древние времена строители римских триумфальных арок давали дополнительную сжимающую нагрузку на пилоны, чтобы погасить растягивающие напряжения от распора арок.
Работа заклепочных и болтовых соединений основана на предварительном их растяжении при постановке. Натяжение заклепок или болтов создает трение между листами и уменьшает деформации соединения.
В железнодорожных вагонах несущая балка укреплялась шпренгелем, затяжка которого предварительно напрягалась, чтобы увеличить жесткость конструкции.
По предложению академика А. В. Гадолина, стволы артиллерийских орудий обматывались горячей высокопрочной проволокой, которая, остывая, сжимала ствол и уменьшала растягивающие напряжения в нем при взрыве зарядов.
Известно много примеров создания наклепа в металле (вытяжки) для повышения предела упругости и уменьшения деформаций.
Академик В. Г. Шухов, всегда в своих практических работах искавший новые эффективные решения, в начале текущего столетия осуществил в перекрытии здания ГУМа в Москве легкие арки, усиленные предварительно натянутыми струнами (см. рис. 13,а). Предварительное натяжение струн создало для арки четыре дополнительные опоры, способные работать как на растяжение, так и на сжатие, и значительно увеличило жесткость и устойчивость арок.
При строительстве мачт оттяжки всегда подвергали вытяжке и натяжению, чтобы увеличить их модуль упругости и повысить стадию упругой работы, а также создать предварительное напряжение в конструкции для повышения жесткости всей системы.
За последние 10—15 лет предварительное напряжение получило широкое развитие и стало предметом специального научного изучения.
Одним из основателей теории применения предварительного напряжения в стальных конструкциях является проф. Гентского университета (Бельгия) Г. Маньель. Он не только положил начало теории, но и провел лабораторные испытания опытных конструкций и применил предварительное напряжение в реальном строительстве. По его проекту и под его непосредственным руководством построены предварительно напряженные двухпролетные фермы большого ангара. Он же провел испытание этой фермы в натурных условиях.
В Англии инженеры Д. Семуэли, М. Стракт, С. Дженкинс и др. одними из первых стали применять предварительно напряженные конструкции в покрытиях промышленных зданий.
Немецкие инженеры и ученые Б. Фритц, Ф. Дишингер, X, Венк, Е. Буркхард и другие разработали интересные конструктивные решения и построили несколько металлических мостов с предварительно напряженными конструкциями. Однопролетный мост в Неккаре и тречпролетный у Монтабауэр были одними из первых мостов такого типа.
Б. Фритц работал над углублением теории расчета предварительно напряженных ферм и разработкой эффективных конструктивных решений покрытий промышленных и общественных зданий.
В США наибольшее количество работ выполнено в области предварительно напряженных висячих систем и имеется много осуществленных интересных сооружений. Исследования в области использования наклепа для повышения несущей способности составных балок провел Н. Аштон.
Особенно большая работа по изучению вопросов, связанных с применением предварительного напряжения в металлических конструкциях, проделана в Советском Союзе начиная с середины 50-х годов. В разработке этой проблемы приняли участие многие научные и проектные организации, а также высшие учебные заведения.
Еще до широкой постановки теоретических и экспериментальных работ в проектных и исследовательских институтах М. Н. Лащенко показал возможности использования предварительного напряжения и регулирования усилий при усилении металлических конструкций.
Доцент МАДИ В. С. Кириллов в 1956 г. опубликовал брошюру с обобщением опыта применения предварительно напряженных стальных конструкций за рубежом. В КИСИ под руководством проф. Н. Д. Жудина были проведены исследования в области предварительно напряженных балок (В. В. Бирюлев) и ферм (С. Н. Клепиков). В ЛИСИ И. Г. Клинов под руководством Н. Н. Аистова исследовал возможности применения предварительного напряжения и механического упрочнения стальных балок. В МИСИ им. В. В. Куйбышева Г. С. Ведеников провел теоретические исследования по изысканию оптимальных схем и анализу работы предварительно напряженных балок.
В. М. Вахуркин и Г. Д. Попов применяли предварительное напряжение и регулирование усилий в практике мостостроения. Ю. В. Гайдаров в конце 40-х годов осуществил усиление перекрытия балок с помощью предварительно напряженного шпренгеля. Последующие теоретические и экспериментальные работы Ю. В. Гайдарова касались широкого круга вопросов, связанных с предварительным напряжением стальных конструкций.
В. М. Вахуркин в своих теоретических исследованиях углубил теорию работы предварительно напряженного комбинированного элемента на центральное растяжение и дал глубокий анализ оптимальной формы изгибаемых элементов (балок).
И. С. Стрелецким (МИСИ) выполнено теоретическое исследование по изучению законов веса предварительно напряженных балок.
В ЦНИИ строительных конструкций совместно с МИСИ им. В. В. Куйбышева под руководством автора проводились теоретические и экспериментальные исследования работы предварительно напряженных растянутых элементов (И.Л. Пименов, М. В. Предтеченский), сжатых стержней (И. В. Топилин), балок (А. А. Васильев, М. Н. Лукацкая, И. Л. Пименов) и ферм (Лу Ци-лин).
Были апробированы различные конструктивные решения балок, и впервые экспериментально исследована работа ферм при многоступенчатом предварительном напряжении.
А. А. Васильев (МИСИ — Гипромез) разработал методику расчета балок в упругой стадии их работы, удобную для практического использования, и под руководством Ю. А. Нилен-дера, совместно с Р. И. Ароновым, К. К. Мухановым и В. П. Евдокимовой провел первые экспериментальные исследования работы балок, предварительно напряженных затяжками, и затяжек совместно с анкерными креплениями.
В НИИ транспортного строительства Н. Н. Стрелецкий на основе теоретически-экопериментального исследования работы балок разработал методику их расчета с учетом развития пластических деформаций в стадии загружения расчетными нагрузками.
В это же время А. В. Геммерлинг (ЦНИИСК) разработал метод расчета балок с учетом развития пластических деформаций в стадии создания предварительного напряжения, а также вопросы устойчивости предварительно напряженных балок.
Уточнением методов расчета и анализом конструктивной формы балок занимались в Одесском инженерно-строительном -институте К.М. Караджи, И.М. Романенко и в Ленинградском инженерно-строительном институте — О. А. Цытович.
В Уральском политехническом институте совместно с НИМ промсооружений (г. Свердловск) под руководством Б. А. Сперанского группой сотрудников (Г. Н. Шавшукова, Н. И. Ольков и др.) проводились в широком плане изыскания оптимальной конструктивной формы и исследования действительной работы предварительно напряженных ферм. Одна из первых попыток исследовать возможности применения предварительного напряжения в стальных фермах была предпринята в НИИ по строительству Минстроя России (А. Г. Иммерман).
В Западно-Сибирском филиале б. АСиА России (Новокузнецкое отделение) Ю. В. Гайдаровым и Е. А. Квасницким при участии ЦНИИ строительных конструкций (В. А. Балдин, Е. И. Беленя, И. Л. Пименов и Е. И. Горбатский) проведены обширные экспериментальные работы, связанные со строительством предварительно напряженного пятипролетного моста через р. Томь. Испытывались затяжки, модели балок, натяжные приспособления и были поставлены наблюдения за работой моста в процессе монтажа и эксплуатации.
Аналогичные работы проводились на строительстве ангара при изготовлении и монтаже предварительно напряженных ферм пролетом 84 м (ЦНИИ строительных конструкций, ГПИ Проектстальконструкция, Уральский политехнический институт). Исследовалась в натурных условиях работа мачт линий электропередач с предварительно напряженными оттяжками и др.
Ведущими проектными организациями (ГПИ Проектстальконструкция, Гипромез и др.) проведены работы по внедрению предварительно напряженных металлических конструкций в практику проектирования и опробованию возможных конструктивных решений в опытном проектировании.
Изучение и внедрение предварительно напряженных металлических конструкций находятся еще в начальной стадии своего развития, но можно уже подвести некоторые итоги и отметить полученные результаты.
В основном исследовались предварительно напряженные металлические балки и фермы. Из многочисленных способов создания предварительного напряжения наибольшее внимание было уделено способу предварительного напряжения обжатием затяжками различного вида, выполненными из стальных канатов или пучков высокопрочной проволоки. Этот способ достаточно технологичен и дает экономию материала благодаря более эффективному использованию обычной строительной стали и включению в работу изгибаемых элементов высокопрочных материалов, хорошо работающих на растяжение.
Изучены различные типы анкеровки затяжек и методы их натяжения. Доказана возможность и эффективность использования пластических деформаций в работе предварительно напряженных балок. Разработана методика расчета балок как в упругой, так и в упруго-пластической стадиях работы. Если на первых этапах проектирования предварительно напряженных балок оптимальное сечение подбиралось методом повторных попыток, то теперь разработана простая методика, пользуясь которой проектировщики могут сразу назначить оптимальные параметры сечения, длину затяжки и величину начального натяжения.
Теоретически и экспериментально изучены балки, сваренные из двух элементов. Предварительное напряжение в таких балках создается путем изгиба элементов до сварки с последующим соединением их в изогнутом состоянии.
Проведенное в большом объеме опытное проектирование предварительно напряженных балок совместно с теоретическими исследованиями позволило установить эффективность их применения.
Предварительное напряжение дает экономию стали в балках, рассчитанных по упругой стадии работы, до 15—18%, а в балках, рассчитанных с учетом развития пластических деформаций, — до 23%.
Изучалось предварительное напряжение ферм, напряженных затяжками из высокопрочной стали. Эффективность предварительного напряжения в фермах целиком зависит от правильного выбора их схемы; применяемые схемы обычных ферм малоэффективны. Доказана большая эффективность многоступенчатого предварительного напряжения ферм.
Опытное проектирование показало, что в предварительно напряженных фермах пролетом 40—60 м можно получить экономию металла до 30—40%.
Еще больший эффект дает предварительное напряжение конструкций из алюминиевых сплавов, так как позволяет частично заменить дорогостоящие сплавы высокопрочными сталями и, что особенно важно, существенно повысить жесткость конструкций.
На основе работ, проведенных усилиями многих организаций, разработаны две инструкции: «Инструкция по проектированию предварительно напряженных стальных конструкций» и «Инструкция по изготовлению предварительно напряженных стальных конструкций» (проект), которые должны способствовать более широкому применению предварительно напряженных конструкций в практике проектирования.
Проведенные исследования лишь частично разрешили вопросы, связанные с проектированием и изготовлением предварительно напряженных металлических конструкций, и подтвердили прогрессивность идей предварительного напряжения. Целый ряд вопросов остался незатронутым или решенным в первом приближении.
Дальнейшие работы должны быть направлены в первую очередь на внедрение предварительно напряженных металлических конструкций в строительную практику. Должны применяться в широком масштабе изготовление опытных конструкций на реальных объектах и экспериментальная проверка их работы. Необходимо расширить реальное проектирование с целью накопления опыта для совершенствования конструктивных форм и совместно с заводами металлических конструкций ускорить разработку рациональной технологии изготовления для уменьшения трудовых затрат.