6  Особенности конструирования элементов и компоновки сооружений из алюминиевыех сплавов

Особенности проектирования алюминиевых конструкций определяются рассмотренными выше свойствами этих сплавов и, прежде всего, меньшим модулем упругости по сравнению со сталью. Поэтому рекомендуется учитывать следующее:

1. Пониженное значение модуля упругости может повлечь увеличенные прогибы конструкции еще во время монтажа - от загрузки сооружения постоянной нагрузкой. Для того чтобы возводимое сооружение не имело провисаний или отклонений от требуемой геометрической схемы, необходимо предусмотреть строительный подъем, который для алюминиевых конструкций должен быть принят в 1,5-2 раза больше, чем для подобных стальных конструкций.

Как известно, при определении прогибов балок и ферм, имеющих строительный подъем, постоянная нагрузка не вводится в число расчетных нагрузок, так как прогибы от нее лишь уменьшают строительный подъем, не влияя на эксплуатационные качества сооружения.

Очевидно, чем большую часть из всех нагрузок на сооружение составляет постоянная нагрузка, тем меньше ощущается недостаток алюминиевых конструкций - деформативность под действием нагрузок. Временные нагрузки в элементах таких сооружений вызывают небольшие напряжения, а следовательно, и малые продольные деформации и прогибы. Поэтому алюминиевые сплавы выгодно применять для сооружений больших пролетов, где собственный вес конструкций имеет существенное значение и где устройство строительного подъема является обязательным.

2. Уменьшение прогибов от действия временных нагрузок может быть достигнуто либо увеличением высоты балок или ферм в 1,5-1,7 раза по сравнению с рекомендациями для таких же стальных элементов, либо повышением статической неопределимости систем, то есть путем перехода от разрезных балок к неразрезным, рамным, арочным и подвесным системам. Жесткость сооружения увеличивается также за счет прост.ранетвенности конструкций. Необходимым является также создание строительного подъема. И хотя последнее мероприятие не связано, с уменьшением прогибов, оно, как правило, снижает отрицательное влияние деформаций на эксплуатационные качества сооружения.

3. Как отмечалось при рассмотрении свойств сплавов, пониженное значение их модуля упругости по сравнению с модулем упругости строительной стали сказывается на понижении коэффициента j (фиг. 2). Таким образом, для того чтобы полнее использовать высокую прочность алюминиевых сплавов, необходимо путем рационального конструирования сжатых элементов добиться снижения расчетных гибкостей до 40-50. При этом величина j для алюминиевых стержней будет такого же порядка, как коэффициент j для стальных элементов при гибкостях 80-100. Снижение расчетных гибкостей достигается:

а) более частым, чем в стальных конструкциях, раскреплением сжатых элементов связями;

б) переходом от шарнирных закреплений концов сжатых элементов к защемленным;

в) применением тонкостенных элементов с развитыми сечениями, которые, как известно, имеют большие радиусы инерции, чем толстостенные профили.

4. Кроме общей устойчивости, из-за низкого модуля упругости понижаются критические напряжения местной устойчивости сжатых алюминиевых пластинок.

Казалось бы, что для сохранения требуемой местной устойчивости следует идти по пути увеличения толщин элементов.

Но это противоречит высказанному выше требованию применения тонкостенных элементов.

Чтобы одновременно удовлетворить условия общей и местной устойчивости, нужно в тонкостенных элементах предусмотреть различные утолщения краев полок (бульбопрофили) и стенок (продольные ребра). Технология изготовления прессованных профилей без каких-либо затруднений позволяет выпускать такие элементы.

Такое же усиление местной устойчивости возможно и в гнутых (штампованных) профилях - это отбортовка полок и создание продольных гофр (ребер) для увеличения устойчивости стенок.

При использовании тонкостенных профилей в качестве сжатых элементов появляется опасность потери общей устойчивости их вследствие закручивания. (Расчет производится по теории проф. Власова В.3.).

Для предотвращения закручивания необходимо применять замкнутые профили, секториальные характеристики которых выгоднее характеристик открытых профилей. Наиболее оптимальным профилем в этом отношении является труба и наихудшим - С-образное сечение (труба с продольным разрезом).

Жесткость элемента на кручение увеличивается постановкой диафрагм, перпендикулярных оси стержня (фиг. 7,а). Однако больший эффект могут дать планки, замыкающие сечение в наиболее удаленных точках (фиг. 7а). Планки также имеют то конструктивное преимущество, что они просто крепятся профилям, усиленным ребрами жест и бульбами.