Оцінка жорсткості та деформативності дерев’яних балок з урахуванням зсувних депланацій перерізів - Автореферат

Дослідження в галузі деревяних конструкцій умовно можна поділити на два напрями: перший - вивчення властивостей деревини як матеріалу; другий - розвиток теоретичних уявлень щодо розрахунку конструкцій із деревини на основі її властивостей. Відомі методи розрахунку, у тому числі й нормативні, не дають повної відповіді на питання визначення параметрів деформування балок з різноманітною формою перерізу та ускладненою структурною його будовою, зі змінною за довжиною жорсткістю при різних крайових умовах. З викладеного постає актуальне завдання розроблення методики розвязування задач поперечного згину деревяних балок як із постійною, так і з кусково-й лінійно-змінною за довжиною жорсткістю, оцінки їх деформативності на основі моделі напружено-деформованого стану (НДС), що враховує вплив поперечних сил та як наслідок зсувних депланацій перерізів. Мета дисертації полягає в розробленні прикладної методики розрахунку деревяних балкових елементів на основі моделі напружено-деформованого стану, що враховує деформації зсуву від дії поперечних сил, та дослідженні особливостей деформування з урахуванням анізотропії деревини балок постійної й змінної за довжиною жорсткості перерізів ускладненої структурної будови. теоретично-експериментальне вивчення впливу анізотропії деревини й як наслідок депланації поперечних перерізів на компоненти напружено-деформованого стану залежно від геометрично-структурних і фізико-механічних параметрів балок та крайових умов;Аналіз основних робіт попередніх років свідчить, що вивчення цілісної деревини в наш час обмежене результатами випробування малих зразків відносно головних осей анізотропії, а дослідження, які враховують особливості НДС при врахуванні депланації поперечних перерізів, у діючих нормах СНИП ІІ-25-80 "Деревянные конструкции" відображено недостатньо. На першому етапі за класичною моделлю на основі гіпотез про відсутність зсувних напружень та поперечного тиску між поздовжніми волокнами (txz=0, tzy=0 та sy=0, sz=0), що відповідає плоским недеформованим перерізам (чистий згин), тривимірна задача визначення НДС балки приведена до плоскої (одновимірної за математичним змістом). З урахуванням узагальнених силових факторів і заміни шуканих функцій на відповідні згинні та зсувні компоненти прогинів (), отримано розвязувальну систему диференціальних рівнянь задачі поперечного згину залежно від цих функцій - згинного () і зсувного () прогинів. Далі отримано диференціальне рівняння задачі чистого згину, для балок з лінійно змінною за її довжиною жорсткістю перерізів без урахування впливу поперечної сили, вважаючи, що : ,(3) де - константи, які визначаються з крайових умов, - кут нахилу верхньої грані скатної балки, - змінна висота перерізів. Потім для таких балок отримано систему визначальних рівнянь рівноваги задачі поперечного згину, тобто з урахуванням депланації поперечних перерізів залежно від обох компонент прогинів і .Обґрунтовано й рекомендовано до застосування трансверсально-ізотропну модель анізотропії деревини для розвязування задач поперечного згину балок як однорідної, так і клеєної шаруватої структури. Запропоновано новий підхід, оснований на гіпотезі недеформованих плоских перерізів, для визначення функцій переміщень нормальних до поздовжньої осі балки з лінійно змінною за довжиною жорсткістю перерізів. Розроблено новий метод визначення компонентів деформованого стану балок постійної та змінної жорсткості з урахуванням депланації перерізів, зумовленої дією поперечних сил, залежно від геометричних і структурних параметрів балки й фізико-механічних властивостей матеріалу.Горик О.В., Муравльов В.В. Компютерний числовий аналіз зсувних деформацій неоднорідних по перерізу брусів // Тези доп. Міжнар. семінару МОК`39 - Одеса. Теоретичні основи задачі згину брусів із перемінною жорсткістю перерізів // Тези доп.

Основний зміст дисертації

У дисертації отримано наступні основні наукові та практичні результати: 1. Обґрунтовано й рекомендовано до застосування трансверсально-ізотропну модель анізотропії деревини для розвязування задач поперечного згину балок як однорідної, так і клеєної шаруватої структури.

2. Запропоновано новий підхід, оснований на гіпотезі недеформованих плоских перерізів, для визначення функцій переміщень нормальних до поздовжньої осі балки з лінійно змінною за довжиною жорсткістю перерізів.

3. Розроблено новий метод визначення компонентів деформованого стану балок постійної та змінної жорсткості з урахуванням депланації перерізів, зумовленої дією поперечних сил, залежно від геометричних і структурних параметрів балки й фізико-механічних властивостей матеріалу.

4. Отримано та експериментально обґрунтовано аналітичні залежності, для якісної й кількісної оцінки впливу основних конструктивних і механічних параметрів на деформативність деревяних елементів інженерних конструкцій.

5. Виявлено можливість оцінки в одновимірній постановці задачі жорсткості та деформативності балок, залежно від міри анізотропії, яка визначається співвідношенням модулів пружності і ; установлено, що зі збільшенням значення на 10 одиниць вплив поперечних зсувів на прогини збільшується на 15-20%.

6. Установлено новий вищий критерій поділу анізотропних балок із деревини на довгі та короткі, який наближається до 20, порівняно з ізотропними, для котрих цей критерій прийнято вважати рівним 10.

7. Запропоновано методи для практичного розвязання задач згину анізотропних деревяних балок як із постійною так і з кусково постійною і лінійно змінною жорсткістю перерізів з урахуванням поперечних деформацій зсуву.

8. Розроблено інженерний графічно-табличний метод визначення деформованого стану балок при різних крайових умовах закріплення кінців з урахування депланації перерізів різноманітної форми.

9. Виявлено особливості напружено-деформованого стану деревяних балок, на основі яких розвинені методики розвязування нових практичних задач згину та конструювання на їх основі сучасних будівельних конструкцій із деревини.

10. Доповнено нормативні методи розрахунку за другою групою граничних станів рекомендаціями щодо врахування крайових умов закріплення кінців балки, форми і структури поперечного перерізу, змінної за довжиною жорсткості перерізів та визначення впливу цих факторів на характер розподілу напружень по перерізу.

Основні

1. Горик О.В, Толстопятов Р.В., Муравльов В.В. Застосування методу аналогій для задач згину композитних балок // Коммунальное хозяйство городов. - 1998. - Вып. 16. - С. 43-48.

2. Горик О.В., Муравльов В.В. Застосування спрощенного методу визначення зсувних прогинів брусів // Техніка будівництва. - 2000 - №7. С. 27-33.

3. Горик О.В., Муравльов В.В. Моделювання фізичної нелінійності матеріалу брусів при згинанні // Галузеве машинобудування, будівництво. - Полтава: ПДТУ. - 2000. - Вип. 5. - С. 31-38.

4. Горик О.В., Муравльов В.В., Кириченко В.А. Прикладна методика оцінки деформативності композитних балок з урахуванням деформацій зсуву // Вісник НТУ. - 2000. - №4. - С. 298-302.

5. Горик О.В., Муравльов В.В. Урахування анізотропії деревини при визначенні деформованого стану брусів // Галузеве машинобудування, будівництво. - Полтава: ПДТУ. - 2000. - Вип. 6. - С. 101-107.

6. Горик О.В., Муравльов В.В., Кириченко В.А. Практичні методи застосування некласичної моделі в розрахунках трансверсально-ізотропних балок із різними формами поперечних перерізів // Будівництво України. - 2001. - №5. - С. 43-47.

7. Горик О.В., Муравльов В.В. Визначення деформівного стану скатних деревяних балок з урахуванням депланації перерізів // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне: РДТУ. - 2001. - Вип. 7. - С. 119-126.