Способ усиления конструкций Советский патент 1981 года по МПК E01D22/00 

Указанная цель достигается тем, что в способе усиления конструкций, включающем установку и присоединение связей к элементам конструкции, связи присоединяют в нулевых точках (к+1)-й формы собственных колебаний конструкции без связей и выполняют их с жесткостью, не меньшей жесткости конструкции без связей при ее деформации по (к--|-1)-й форме, где к - число нулевых точек и, соответственно, связей.

На фиг. 1 - пример осуш,ествления способа усиления конструкции, выполненной в виде балки с одним жестко защемленным концом и упругой опорой (связью) в пролете; на фиг. 2 - вторая форма колебаний балки на фиг. 1, но без опоры в пролете; на фиг. 3 - балка на фиг. 1 с упругой опорой, жесткость которой , расположенной в нулевой точке второй формы колебаний защемленной балки без опоры в пролете на фиг. 2; на фиг. 4 - балка на фиг. 1 с упругой опорой, жесткость которой , собственные колебания балки по низшему тону с частотой А.Г, на фиг. 5 - балка на фиг. 1 с упругой опорой конечной жесткости, расположенной в нулевой точке второй формы колебаний защемленной балки без опоры в пролете на фиг. 2; на фиг. 6 - пример осуществления способа усиления транспортировочной системы наибольщей динамической жесткости; на фиг. 7 - пример осуществления способа усиления перекрытия наибольщей динамической и статической жесткости; на фиг. 8 - пример осуществления способа усиления цилиндрической оболочки регулярным набором ребер жесткости.

Рассмотрим пример осуществления способа усиления, обеспечивающего максимально возможное увеличение жесткости защемленной одним концом конструкции 1 в виде балки за счет рационального размещения связи 2, выполненной в виде упругой опоры (см. фиг. 1-5), обеспечивающей повышение частоты низшего (первого) тона собственных колебаний.

Повысить частоту колебаний первого тона такой конструкции можно, во-первых, устремляя жесткость f упругой опоры в пролете в бесконечность и, во-вторых, изменяя расстояние S от заделки до этой опоры. При абсолютно жесткой опоре частота первого тона будет наибольшей из возможных, если онора расположена в нулевой (узловой) точке второй формы колебаний той же защемленной балки, но без опоры в пролете (см. фиг. 2, 3).

В этом случе можно добиться повыщения частоты первого тона колебаний coi рассматриваемой конструкции до ее максимально возможного значения, равного частоте 2 второй формы колебаний той же балки без опоры в пролете (см. фиг. 2).

Однако, поскольку жесткость / связи (упругой опоры) не может быть бесконечной, указанный выще эффект повышения частоты 0)1 первого тона колебаний может

быть достигнут использованием описанного способа усиления со связью (упругой опорой) конечной жесткости.

Пусть упругая опора с жесткостью f расположена в нулевой точке (). Если ее жесткость равна нулю, собственные колебания балки происходят по первому тону с частотой Ki, форма которой представлена на фиг. 4. Увеличение жесткости f опоры будет сопровождаться ростом потенциальной энергии деформации балки при ее колебаниях по первой форме, сопровождающихся деформациями упругой опоры (см. фиг. 5), а следовательно, и ростом собственной частоты, то есть

(.

При последующем возрастании жесткости / упругой опоры до некоторого значения /1 нотребная потенциальная энергия при колебаниях балки без второго узла

(без смещения опоры) уравнивается с потенциальной энергией колебаний балки по второй ее форме без опоры в пролете. Дальнейшее увеличение жесткости упругой опоры оказывается нецелесообразным, так

,как не обеспечит увеличения частоты свыше А,2 первой формы колебаний балки.

Таким образом, максимально возможное увеличение динамической жесткости

балки обеспечивается присоединением связи 2, в данном случае упругой опоры в пролете, в строго определенной точке, являющейся нулевой (узловой) для второй формы колебаний без связи, и нравильным

подбором жесткости f этой связи. При этом жесткость образованной присоединением связей систеА ы будет наибольшей также и в отношении ее устойчивости критической скорости движения поперечной нагрузки

и напряжений от собственного веса.

Определение нулевых (узловых) точек может быть произведено как расчетным, так и экспериментальным путем, например, возбуждением резонансного режима

по (k-{-l)-vi форме колебаний конструкции без связей, где k - число нулевых точек и, соответственно, присоединенных связей, а также одним из известных экспериментальных методов оценки жесткости связей.

Другими примерами осуществления описанного способа могут служить транспортировочная система наибольшей динамической жесткости (см. фиг. 6), перекрытие наибольшей статической и динамической

жесткости (см. фиг. 7) и конструкция, выполненная в виде цилиндрической оболочки со связями в виде регулярного набора ребер жесткости (см. фиг. 8), расположенных в нулевых точках (й-f 1)-й формы собственных колебаний.

Конструкций, выполненная, например, в виде Перекрытий (см. фиг. 7), образована балками двух направлений. Если одно из направлений т укладки балок условно назвать основным, а другое с п балок - перекрестным, и рассматривая перекрытие как систему, образованную наложением связей 2 на элементы 1 основного направления, то перекрытие будет обладать наибольшей жесткостью, когда соединяемые точки являются нулевыми (/п+1)-й формы колебаний элементов основного направления.

Использование описанного способа усиления конструкции обеспечивает увеличение (по сравнению с известными способами) как статической, так и динамической жесткости конструкций п сооружений при минимальной их материалоемкости. Кроме того, обеспечивается повышение долговечности сооружений.

Формула изобретения

Способ усиления конструкций, включающий установку и нрисоединение связей к элементам конструкции, отличающийся тем, 1то, с Целью повышения сТаТйческой и динамической жесткости конструкции и составляющих ее элементов путем обеспечения максимально возможной частоты низшего тона собственных колебаний, наибольшего значения минимальной критической скорости подвижной нагрузки, наибольшего значения первой критической нагрузки при потере устойчивости и наименьших значений максимума напряжений от собственного веса конструкции, связи присоединяют к элементам конструкции в нулевых точках (й+1)-й формы собственных колебаний конструкции без связей и

выполняют их с л есткостью, не меньшей жесткости конструкции без связей при ее деформации по {k-)-K форме, где /г - число нулевых точек п, соответственно, связей.

Источники информации,

нринятые во внимание при экспертизе 1. Кагурин В. К. и др. Проектирование висячих и Байтовых мостов. «Транспорт, М., 1971, с. 14-15.

2. Гибшмаи Е. Е. Проектирование металлических мостов. «Транспорт, М., 1969, с. 128-135, 250-251.