Главная  Материалы 

 

Потеря устойчивости

 

В зависимости от последовательности установки элементов Применяют дифференцированный (раздельный), комплексный и смешанный (комбинированный) методы монтажа.

 

При дифференцированном методе одноименные конструктивные элементы монтируют самостоятельными потоками, совмещенными во времени. При этом возрастает производительность труда монтажников и более полно используется грузоподъемность кранов. Дифференцированный монтаж может осуществляться одним монтажным механизмом или несколькими, перемещаемыми друг за другом.

 

Метод не позволяет в одноэтажных промышленных зданиях последовательно устанавливать только стропильные фермы, так как невозможно обеспечить их устойчивость даже после полной приварки их монтажных узлов. При последовательной установке всех подстропильных и стропильных ферм в возводимом здании затруднено или невозможно использование монтажного крана для укладки плит покрытия по фермам.

 

При комплексном методе установку всех конструкций ведут в одном потоке, в результате получая полностью смонтированные ячейки здания. Открывается фронт для выполнения последующих работ, заметно сокращаются общие сроки строительства.

 

Комплексный метод монтажа заключается в комплексной установке конструкций в каждой ячейке здания и характерен для зданий с металлическими конструкциями каркаса. Для первой ячейки сначала монтируют четыре колонны, которым сразу обеспечивают проектное положение и устанавливают необходимые продольные связи между ними. Далее укладывают две подкрановые балки, монтируют подстропильную ферму. Монтаж ячейки завершается установкой стропильных ферм с прогонами и связями, укладкой элементов покрытия. Далее последовательность установки конструктивных элементов сохраняется, но число монтируемых элементов может меняться. Комплексный метод нецелесообразно применять при большой разнице в массе разноименных конструкций.

 

При смешанном методе, вобравшем в себя достоинства двух предыдущих методов, допустима самая разнообразная последовательность установки элементов.

 

Этот метод, наиболее характерный для одноэтажных промышленных зданий из сборного железобетона, позволяет раздельно устанавливать стаканы фундаментов, колонны, подкрановые балки, стеновые панели, перегородки, оконные переплеты и комплексно, в едином потоке, монтировать подстропильные, стропильные конструкции, панели покрытия и иногда подкрановые балки.

 

Выбор направления монтажа при самоходных кранах. Выбор направления монтажа определяется несколькими параметрами — особенностями конструктивной схемы, необходимостью последовательной сдачи под монтаж технологического оборудования отдельных пролетов или частей здания, расположением технологических линий и их взаимной увязкой. Организация монтажных работ должна обеспечивать параллельное выполнение работ участвующими в строительстве объекта организациями, быструю сдачу отдельных участков здания под монтаж технологического оборудования, отдельных частей, пролетов или захваток в эксплуатацию.

 

В зависимости от направления монтажа по отношению к основным осям объекта различают продольный монтаж, когда установку конструкций ведут отдельными пролетами, и поперечный, или секционный, когда осуществляют монтаж ячеек здания в поперечном направлении ( 8. . Поперечный монтаж находит применение, когда введение здания в эксплуатацию предполагается отдельными секциями поперек здания или при использовании кранов с большим радиусом действия, позволяющим значительно сократить перестановки механизма.

 

Анализировать возможное направление движения можно только для самоходных кранов и при возведении одноэтажных промышленных бесфонарных зданий, в каркасе которых отсутствуют подстропильные фермы.

 

Определяют метод в основном только для монтажа элементов покрытия по двум основным причинам — недостаточная грузоподъемность имеющегося монтажного крана при значительных вылетах стрелы и необходимость быстрейшего освобождения ряда поперечных ячеек для последующего монтажа технологического оборудования и выполнения отделочных работ ( 8. .

 

Схемы продольного (а) и поперечного (б) монтажа каркаса здания

 

При продольном методе здание монтируют последовательно отдельными пролетами, что позволяет в короткие сроки сдавать их под монтаж оборудования.

 

Монтаж элементов покрытия одноэтажных зданий при разных направлениях монтажа:

 

а — поперечный метод монтажа; б — продольный метод монтажа; 1 — ферма; 2 — затяжка (усиление элемента перед монтажом); 3 — траверса; 4 — монтируемый элемент; 5 — монтажный кран

 

Монтажный кран располагается вне монтируемой ячейки и монтаж плит покрытия ведется через смонтированную стропильную конструкцию. Плита покрытия в пространстве расположена вдоль стрелы крана, что крайне нерационально.

 

При поперечном методе кран перемещается поперек пролетов. Такой метод применим преимущественно при шаге колонн 9 и 12 м в зданиях бескрановой системы. Монтажный кран оказывается внутри монтируемой ячейки, стрела располагается поперек монтируемой плиты покрытия, а значит, точка подвеса плиты оказывается на расстоянии от стрелы не 6...9 м, а всего только 1...1,6 м. Поперечный монтаж позволяет осуществлять установку конструкций одновременно двумя кранами разной грузоподъемности. Первый кран большей грузоподъемности последовательно монтирует фермы. Другой кран меньшей грузоподъемности, также перемещаясь поперек пролетов, осуществляет укладку плит. При такой организации монтажа значительно снижается стоимость и продолжительность работ.

 

Метод позволяет осуществлять монтаж конструкций и при наличии в каркасе здания подкрановых балок ( 8. . Необходимо строго соблюдать рекомендации по последовательности установки элементов (фермы, подкрановые балки, плиты покрытия), изложенные в технологической карте монтажа.

 

Последовательность установки элементов при разных направлениях монтажа:

 

а — продольный монтаж; б — поперечный монтаж

 

Поперечный метод монтажа применяют:

 

- когда здание вводят в эксплуатацию отдельными секциями, включающими все пролеты здания;

 

- при монтаже конструкций кранами большого радиуса действия, чтобы полнее использовать их на каждой стоянке;

 

- при необходимости или целесообразности перемещения монтажных кранов только в поперечном направлении.

 

Комбинированный, т. е. продольно-поперечный, метод основан на установке колонн продольным методом и монтаже покрытия при поперечной проходке крана. Поперечный монтаж может оказаться более экономичным особенно при использовании плит покрытия 12хЗми24хЗми длинномерных настилов «2Т», масса которых и вылет существенно влияют на выбор монтажного крана. Кран работает с меньшим вылетом стрелы за счет его размещения между двумя смонтированными фермами. Выбор направления монтажа в значительной мере зависит от технологических особенностей возведения промышленного здания.

 

Постепенно хозяевами строительной площадки оказались сталь и железобетон. Как мы уже знаем, это материалы большой прочности и элементы конструкций из них получаются тонкие, стройные. Конструкции становились все более легкими и экономичными, однако с течением времени специалисты постепенно начали понимать, что напряженное и деформативное состояние иногда может быть крайне неустойчивым. Тысячи примеров и результаты наблюдений свидетельствуют о внезапном разрушении отдельных элементов и целых конструкций при напряжениях значительно меньших, чем те, на которые они были рассчитаны. Обнаружилось почти неизвестное в прошлом явление, и его изучение оказалось неизбежным: ставилось на карту будущее новых материалов и конструктивных форм.

 

Первоначальный проект моста был разработан под руководством главного инженера железнодорожной компании, а строительство поручено всемирно известному Густаву Эйфелю. Согласно договору, Эйфель имел право на изменение проекта, если 60% достигнутой экономии останется за его фирмой. Получилось так, что французы приступили к строительству моста по совершенно новому проекту; мост уже не был арочным, его конструкция представляла собой свободно опертую балку пролетом 42 м и высотой 6 м.

 

В строительной статике негласно предполагается, что напряженное и деформативное состояние конструкций является устойчивым. Поэтому конечная цель статического исследования практически обусловливается тремя обстоятельствами: чтобы напряжения в любой точке конструкции не превышали допустимых пределов, чтобы перемещения любой точки не превышали допустимых пределов и чтобы конструкция в целом была достаточно устойчивой к сдвигу ( в зависимости от конкретного случая) . С древнейших времен до самого недавнего прошлого использовались материалы малой прочности, конструкции получались массивными и перечисленные три условия полностью исчерпывали возможные случаи катастроф, которые не должны были происходить.

 

Около 10 ч утра к станции Манхеншайн медленно приближался экспресс Женева—Париж. Так как это был участок, где поезд преодолевал крутой склон, скорость его составляла около 25 км/ч. По свидетельствам очевидцев, когда состав достиг середины моста, тот внезапно рухнул, увлекая за собой и паровозы, и большинство вагонов. Несмотря на то что мост был достаточно велик, а его устои низки, из 12 вагонов в реку упали Позже это было объяснено конструкцией вагонов, которые были очень легкими и слабыми; напирающие сзади вагоны разбивали и сталкивали в реку те, что были перед ними. Восьмой вагон угрожающе повис, остановившись на левом, базельском устое, и затем тоже упал вниз.

 

... 14 мая 1891 г. в швейцарском поселке Манхеншайн, расположенном на трассе Симплонской железнодорожной ветки, которая отходит от магистрали Париж-Женева, было получено печальное известие. В этот День внезапно разрушился мост на р. Б рис, по которому в этот момент проходил пассажирский поезд. Погибли 74 человека, около 200 были ранены.

 

За редкими исключениями, все аварии и катастрофы стальных конструкций связаны с потерей устойчивости отдельными элементами или конструкцией в целом. Опасность потери устойчивости особенно велика потому, что она происходит внезапно. Начальные симптомы чаще всего отсутствуют, а ослабление даже сравнительно не ответственного элемента влечет за собой цепную реакцию огромных масштабов. Все происходит в течение считанных секунд.

 

После нескольких лет эксплуатации, после перерыва, связанного с ремонтом и усилением конструкции в связи с появлением более мощных и более тяжелых паровозов, пришел роковой день.

 

Щвейцарское правительство поручило вести расследование известным профессорам Ритеру и Тетмайеру. По их единодушному заключению, главная причина катастрофы крылась в средних раскосах фермы, которые проектировались, по всей вероятности, как растянутые. В действительности же при определенной нагрузке они работали на сжатие и их тонкость была причиной внезапной потери устойчивости.

 

Для конструктора особенно важно в каждом конкретном случае знать величину силы, при которой равновесие становится безразличным. Но в любом случае эта величина должна быть больше возможного максимального усилия в стержне. Такая сила называется критической силой , а соответствующие напряжения — критическими напряжениями . Критические напряжения меньше расчетного сопротивления материала, и именно в этом заключается коварство искривления: преждевременно выйдет из строя неукрепленный сжатый стержень, и в результате будет ослаблена конструкция. Под сжатым стержнем мы подразумеваем многие конструктивные элементы: стержни фермы, колонны здания, стойки рамы, опоры мостов.

 

Для иллюстрации этого явления мы воспользуемся хрестоматийным примером, представленным на 38 (стержень, подвергающийся осевому сжатию). При малой величине сжимающей* силы случайное отклонение стержня не является опасным: колеблясь, отклоняясь от своей оси, он быстро восстанавливает первоначальное положение. Как сказал бы специалист, стержень находится в состоянии устойчивого равновесия. Это явление можно сравнить с поведением струны, но там сила является растягивающей и в принципе помогает струне быстрее восстанавливать прямолинейность, а здесь сжимающая сила препятствует восстановлению прежнего положения. Действительно, при определенной величине внешней сжимающей силы отклонившийся от своего первоначального положения стержень уже не возвращается в прежнее положение. Это состояние безразличного равновесия является прелюдией к катастрофе: при увеличении силы стержень внезапно и сильно выгибается. Если материал оказывается хрупким, происходит мгновенное разрушение, если же гибким необратимое искривление.

 

Но все это относится к стержням одинаковой длины и с одинаковым поперечным сечением. Если для элементов, работающих на растяжение, их длина и форма поперечного сечения значения не имеют, то при сжимаемых элементах положение совершенно иное. Трудность заключается в том, что при потере устойчивости элемент, по существу, выгибается; в связи с этим целесообразное поперечное сечение должно иметь такую форму, которая обеспечивала бы большое сопротивление изгибу.

 

3 Потеря устойчивости является мрачным спутником технического прогресса в конструктивных формах

 

Подобно тому, как в случае элементов, работающих на изгиб, распределение изгибающих моментов зависит от опирания, так и в случае осевого сжатия условия опирания сильно влияют на величину критической силы. На 37 хорошо видно, что величина критической силы, а следовательно, и несущая способность элемента тем больше, чем жестче опоры. В самом невыгодном положении оказываются консоли, которые искривляются под действием силы в четыре раза меньшей, чем та, что является критической для закрепленного с двух сторон стержня.

 

22 января 1913 г. в Нью-Йорке внезапно рухнул во время строительства огромный театр Орфеум . От внушительного здания остались только ствны. Катастрофа произошла в 17 ч 20 мин, т. е. вскоре после того, как 200 рабочих покинули объект.

 

3 Две возможные формы потери устойчивости рамной конструкции

 

Главной причиной была потеря устойчивости двумя высокими колоннами, поддерживающими покрытие. Как выяснилось при расследовании, проектировщик неправильно учитывал условия опирания колонн. В верхней части, как он считал, колонны должны были упираться в ферму покрытия, чего практически не было. Рассчитывал он также и на включение в работу двух промежуточных жестких опор — на уровне балкона и на уровне авансцены, чего тоже в натуре не было. Катастрофа произошла при нагрузке, которая была значительно меньше эксплуатационной.

 

4 Потеря устойчивости в арочной конструкции

 

Действительность всегда намного сложнее идеализированных условии, в которых иногда рассматривается явление. Проблемы возникают разные даже в случае простого сжатого стержня. Во-первых, он никогда не нагружен точно по оси, чаще всего имеются и поперечные нагрузки, и изгибающий момент. Но даже если они и отсутствуют, какая-нибудь случайная (например, монтажная) внецентренность нагрузки вносит условия, которые становятся причиной будущего искривления элемента. Во-вторых, стержень никогда не бывает идеально прямым, поскольку еще при изготовлении ему придается определенная, хотя и незаметная на глаз кривизна. Некоторый локальный изгиб может произойти и во время транспортировки или монтажа. Не последнюю роль играют и нарушения условий эксплуатации. Известен случай, когда в цех надо было вкатить крупногабаритный груз, а этому всего на несколько миллиметров мешала стойка одной из рам здания. Рабочие ломом попытались слегка ее отогнуть , и элемент потерял устойчивость, увлекая в катастрофу конструкцию на значительной площади цеха.

 

4 Потеря устойчивости в изогнутом элементе

 

Строительная практика преподносит нам много случаев, значительно более сложных, чем модель прямого сжатого стержня. Таким случаем являлись и колонны театра Орфеум . У сложных систем не один, а несколько элементов могут потерять устойчивость ( 3 , соответственно при различной по величине критической силе. Важнейшей из них, разумеется, является наименьшая. Именно поэтому необходимо все потенциально опасные элементы исследовать на потерю устойчивости. Искривление элемента в значительной степени зависит от рабочей диаграммы материала, поэтому при исследовании стальных конструкций используются одни методы, при исследовании деревянных другие, а при исследовании железобетонных — третьи.

 

Но на самом деле все обстоит еще сложнее, потому что потеря устойчивости представляет потенциальную угрозу для всех сжатых элементов и конструкций. Вопрос этот особенно важен для арочных конструкций ( 4 , для некоторых плит, для большинства оболочек. Более того, может потерять устойчивость и изгибаемый элемент ( 4 . Это одна из наиболее острых форм конфликта между конструкцией и нагрузкой ... и даже, можно сказать, самый опасный вариант этой невидимой борьбы.

 



Песколовки. Санитарно-химические показатели загрязнения сточных вод. "шлягер" каркаса. Систематизация факторов. Системы водоотведения на подтапливаемых территориях. Склады арматурной стали. Скользящая опалубка.

 

Главная  Материалы 



0.0066