авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Несущая способность балок с гофрированной стенкой, ослабленной круговым отверстием

На правах рукописи

Кудрявцев Сергей Владимирович НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ БАЛОК С ГОФРИРОВАННОЙ СТЕНКОЙ, ОСЛАБЛЕННОЙ КРУГОВЫМ ОТВЕРСТИЕМ Специальность 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург – 2011

Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина».

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор Рогалевич Виктор Вячеславович Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Чебыкин Александр Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Грудев Иван Дмитриевич доктор технических наук, профессор Фридкин Владимир Мордухович

Ведущая организация: Уральский научно-исследовательский и Проектно-конструкторский институт Российской академии архитектуры и строительных наук (УралНИИпроект РААСН)

Защита состоится « _» 2011 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 303.015.01 при ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова» по адресу: 117997, г. Москва, ул. Архи тектора Власова, 49, комн. 204.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова».

Просим Вас принять участие в защите и направить отзыв на авто реферат в 2-х экземплярах, заверенный гербовой печатью организации, в секретариат совета по указанному выше адресу.

Телефон/факс +7 (495) 660-79-40. E-mail: d_council@stako.ru.

Автореферат разослан « _» 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета Д 303.015.01, кандидат технических наук Н.Ю. Симон

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Современная цивилизация использует все более сложные конструкции, обеспечение прочности и надежности которых при их высокой экономичности, имеет первосте пенное значение. Проектирование таких конструкций должно, в первую очередь, базироваться на современных методах расчета, позволяющих удовлетворять всем предъявляемым требованиям.

Вопросы напряженно-деформированного состояния, вызываемого влиянием кругового отверстия в гофрированной стенке балки, имеют большое значение для обеспечения прочности и эффективного функ ционирования строительных конструкций.

В диссертационной работе решены задачи, связанные с изучением влияния кругового отверстия на несущую способность балки с тре угольно гофрированной стенкой, а также уточнением имеющихся и раз работкой новых методов расчета и конструирования таких конструкций.

Результаты данной работы позволят повысить эффективность строительных металлоконструкций с применением балок с гофрирован ной стенкой с учетом требований к их проектированию в соответствии с действующей системой нормативных документов.

В связи с этим, проведение исследований по изучению влияния отверстий на несущую способность балок с гофрированной стенкой яв ляется актуальной задачей.

Цель диссертационной работы. Разработать методику расчета и рационального проектирования балок с гофрированными стенками, ос лабленными круговыми отверстиями.

Задачи исследования:

Изучить напряженно-деформированное состояние гофрированной 1.

стенки балки, ослабленной круговым отверстием, при различных положениях отверстия по длине балки.

Провести сравнительный анализ напряженно-деформированного 2.

состояния изгибаемых балок с плоской и треугольно гофрирован ной стенкой, в том числе ослабленных круговым отверстием.

Получить формулы для определения коэффициентов концентра 3.

ции напряжений при расположении кругового отверстия в зоне чистого и в зоне поперечного изгиба гофрированной стенки.

Установить характер и формы потери устойчивости гофрирован 4.

ной стенки балки, ослабленной отверстием.

Получить формулы для определения коэффициентов условий ра 5.

боты гофрированной стенки балки, ослабленной круговым отвер стием, при расчете балок на местную и общую устойчивость.

Установить характер деформирования балки с гофрированной 6.

стенкой, ослабленной отверстием, при изгибе и определить сте пень влияния отверстия и его положения по длине балки на вели чину вертикального прогиба.

Разработать методику для практического инженерного проектиро 7.

вания балок с гофрированной стенкой, в том числе и балок, стенки которых ослаблены круговыми отверстиями.

Научная новизна работы:

На основании исследования явления концентрации напряжений на 1.

контуре кругового отверстия предложены выражения для опреде ления коэффициентов концентрации напряжений при изгибе балки с треугольно гофрированной стенкой.

Уточнен и развит метод оценки устойчивости гофрированной 2.

стенки балки в случае ослабления ее круговым отверстием.

Уточнен метод оценки деформативности балок с гофрированной 3.

стенкой в случае ослабления ее круговым отверстием.

На основании систематизации результатов исследований балок с 4.

гофрированной стенкой, выполненных в 1980-е и 1990-е годы в Республике Казахстан, экспериментальных данных и теоретиче ских разработок, опубликованных в российских и зарубежных из даниях, предложена новая методика практического расчета несу щей способности изгибаемых элементов с треугольно гофриро ванной стенкой.



Достоверность полученных результатов основывается на обще принятых допущениях механики деформируемого твердого тела, теории тонкостенных стальных стержней, теории устойчивости пластин и тео рии строительных конструкций, а кроме того подтверждается результа тами имеющихся экспериментальных и теоретических исследований.

Практическая ценность результатов исследований. Результаты данной работы позволяют выполнять практическое проектирование не сущих изгибаемых конструкций с гофрированной стенкой, исходя из первой и второй групп предельных состояний. Предлагаемая методика позволяет оценить несущую способность балок с гофрированной стен кой, ослабленной круговым отверстием.

Внедрение результатов исследований. Результаты данной рабо ты использованы ООО «Мечел-Сервис» при разработке ТУ 5261-002 77304466-2011 «Балки двутавровые с поперечно гофрированными стен ками». Методика расчета несущей способности изгибаемых элементов с треугольно гофрированной стенкой используется на предприятии ЗАО «Институт «Проектстальконструкция» (г. Екатеринбург) при проектиро вании стальных несущих конструкций с гофрированной стенкой для промышленных и гражданских зданий и сооружений. Справка о внедре нии от 16 марта 2011 г. приводится в приложении к диссертации.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты дис сертационной работы доложены и обсуждены на научных конференциях профессоров, преподавателей, научных работников и аспирантов УГТУ УПИ (2007-2010 гг.);

на заседаниях кафедры «Строительные конструк ции» ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ель цина» в 2005-2011гг.;

на научно-технических совещаниях отдела обсле дования зданий и сооружений ОАО «Уралгипромез» в 2005-2008 гг., а также на научно-технических совещаниях ЗАО «Институт «Проект стальконструкция» в 2009-2011 гг. Основные результаты исследований обсуждались на научно-практической конференции по расчету и усиле нию строительных конструкций в ОАО «Уралгипромез» (г. Екатерин бург, 2006г.);





на научно-практическом семинаре по обеспечению проч ности строительных конструкций в ОАО «Уралкомплект-наука» (г. Ека теринбург, 2010г.).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в пяти пе чатных работах, в том числе одна статья в журнале из Перечня россий ских рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендуемого ВАК РФ, и одна монография.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов и приложений. Диссертация содер жит 161 страницу основного текста, в том числе 17 таблиц, 33 рисунка, 134 наименования библиографического списка.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, от мечаются научная новизна работы, ее практическая значимость, досто верность полученных результатов, приводятся сведения об апробации основных результатов исследований и о публикациях по теме диссерта ции.

В первой главе рассмотрены особенности работы двутавровых стальных конструкций с гофрированной стенкой, представлен анализ работ отечественных и зарубежных авторов по теоретическим и экспе риментальным исследованиям данного вида конструкций, а также при ведены примеры их практического применения в строительстве.

Балка с гофрированной стенкой – это конструкция, состоящая из поясов произвольного сечения и тонкой металлической стенки, которая в поперечном направлении изогнута (гофрирована). В данной работе ис следованы двутавровые балки с поясами из полосовой стали и с попе речно гофрированной стенкой с гофрами треугольного очертания.

Гофрированные пластинки в качестве стенок несущих элементов конструкций в настоящее время применяются в судостроении (гофриро ванные переборки, гофрированные панели корпуса, люки с гофрирован ной крышкой), в авиастроении (гофрированные стенки лонжеронов крыла летательных аппаратов), в мостостроении (гофрированные стенки пролетных строений) и в строительстве (колонны, арки, балки, ригели, прогоны с гофрированной стенкой).

Одной из первых конструкций с гофрированной стенкой была пе реборка с прямоугольными гофрами, установленная на русских броне носцах типа «Бородино» в 1901 г.

В авиастроении с середины 1950-х гг. используются лонжероны крыла с гофрированной стенкой, в частности, на таких известных лета тельных аппаратах как американский «Спейс Шаттл» (1979), где приме нены лонжероны с трапециевидно гофрированными стенками, и отече ственный «Буран» (1984), где использованы лонжероны с волнистым за крытым профилем гофрирования.

Широкое распространение балки с гофрированной стенкой полу чили в мостостроении. Впервые они были применены при строительстве автомобильного моста «Cognac bridge» во Франции в 1986 году, затем последовали мосты «Val de Maupre Viaduct» (Франция, 1987), «Parc As terix Bridge» (Франция, 1989) и «Dole Bridge» (Франция, 1995). Подоб ные же мосты были построены и в Японии «Shinkai Bridge» в 1993 г., «Matsunoki №7» в 1995 г., «Hondani Bridge» в 1997 г. и «Yahagigawa bridge» в 2005 г (см. рис. 1).

Рис. 1. Общий вид подвесного моста «Yahagigawa bridge» (Япония) Балки с гофрированной стенкой в качестве несущих элементов зданий нашли применение в Швеции и Германии с 1966 г., в Болгарии с 1985 г., во Франции с 1988 г. и во многих других странах.

В нашей стране первая конструкция покрытия с применением стропильных балок с гофрированными стенками была разработана в 1982 г. в Казахском отделении ЦНИИПроектстальконструкция для зда ния производственного корпуса завода 20 лет Октября в г. Алма-Ате.

За период с 1982 по 2006 гг. в Казахском отделении ЦНИИПроект стальконструкция было разработано множество разнообразных проектов с использованием конструкций с гофрированными стенками, среди ко торых: здание аэропорта в г. Ашхабаде, каркас многоэтажного админи стративного корпуса мясокомбината в г. Алма-Ате, наклонный мост до менного цеха, подкрановые балки под краны режима работы 6К на скла де сырья цементного завода, пролетные строения эстакады для трубо проводов, купол над одиннадцатиэтажным офисным зданием, здание торгового центра, жилой девятиэтажный дом в г. Алматы, ангар для са молетов и многие другие (см. рис. 2).

Рис. 2. Покрытие здания производственного корпуса завода 20 лет Октября в г. Алма-Ате (Казахстан).

Фото предоставлено Ю.С. Максимовым В создание и развитие методов расчета балок с гофрированной стенкой большой вклад внесли такие известные советские и российские ученые как: Ажермачев Г.А., Барановская С.Г., Бирюлев В.В., Васильев А.Л., Горнов В.Н., Глозман М.К., Долинский В.В., Егоров П.И., Енджиевский Л.В., Кириленко В.Ф., Крылов И.И., Кретинин А.Н., Максимов Ю.С., Наделяев В.Д., Окрайнец Г.А., Ольков Я.И., Остриков Г.М., Павлинова Е.А., Рыбкин И.С., Степаненко А.Н., Филиппео М.В., а также зарубежные исследователи:

Abbas H.H., Cafolla J., Chan C.L., Chen B.,, Driver R.G., Edlund B., Elgaaly M., El-Dakhakhni W.W., Fraiser A.F., Fujioka A., Hamilton R.W., Hamouda A.M.S., Hikosaka H., Huang Q., Hoop H.G., Hsiao C., Ibrahim S.A., Johnson R.P., Kakuta T., Khalid Y. A., Komine K., Lindner J., Libove C., Loov R.E., Luo R., Machacek J., McKenzie K.I., Metwally A.E., Romeijn A., Rodriquez R., Sahari B.B., Sarkhosh R., Sause R., Sayed-Ahmed E.Y., Seshadri A., Tuma M., Virik J., Wang Y., Yu D., и другие.

Во второй главе уточняются существующие методики оценки прочности и устойчивости элементов двутавровых конструкций с гоф рированной стенкой, разработанные российскими и зарубежными спе циалистами.

Под действием осевого сжатия гофрированная стенка ведет себя как «аккордеон» и поэтому не воспринимает каких-либо значительных осевых (в продольном направлении) усилий по сравнению с плоской стенкой под действием такой же нагрузки. Из-за этой особенности вклад стенки в восприятие усилия изгибающего момента пренебрежимо мал.

Считаем, что весь изгибающий момент полностью воспринимается поя сами. Основываясь на теории тонкостенных балок, можно утверждать, что стенка и пояса воспринимают только те усилия, которые действуют в плоскости их поперечного сечения. Это означает, что сдвигающая сила полностью воспринимается стенкой.

В действительности приварка гофрированной стенки к поясу бал ки стесняет ее поперечные деформации, поэтому гофрированная стенка в месте контакта с поясом работает аналогично плоской стенке той же толщины tw. По мере удаления от пояса к оси балки защемляющее влия ние пояса на работу гофрированной стенки резко уменьшается и на не котором расстоянии chw (hw – высота гофрированной стенки) исчезает совсем (см. рис. 3).

Высота зоны, на которой в гофрированной стенке распространя ются нормальные напряжения, зависит от шага гофров (a), высоты гоф ров (f) и общей высоты стенки (hw).

эп. x эп. xy bf f f/ w tf chw w max y tw hw h w chw tf w bf f Рис. 3. Распределение нормальных и касательных напряжений в сечении балки с гофрированной стенкой при изгибе Основываясь на опыте проектирования в нашей стране и зарубе жом, участием стенки в работе балки на изгиб можно пренебречь и счи тать, что момент полностью воспринимается поясами.

Гофрированная стенка работает как ряд плоских пластинок, кото рые поддерживают друг друга вдоль длинных сторон. Плоские пластин ки опираются на пояса своими горизонтальными (короткими) сторона ми. Показано, что местная потеря устойчивости гофра связана с потерей устойчивости одиночной пластинки, опертой на уровне поясов, под дей ствием касательных напряжений. Общая потеря устойчивости проявля ется в виде диагонального выпучивания нескольких панелей гофров. В работе определено, что такая форма потери устойчивости характерна для случаев плотного расположения гофров и малой высоты гофров.

Пояса оказывают защемляющее воздействие на края стенки, но на основании экспериментальных данных, можно считать, что стенка шар нирно оперта по периметру в случае сварной балки со стальными пояса ми и жестко защемлена, если пояса балки выполнены из железобетона.

В третьей главе представлен краткий обзор исследований, по священных изучению концентрации напряжений вблизи круговых от верстий в гофрированных и плоских стенках балок при изгибе, приведе ны результаты численных экспериментов моделей балок с гофрирован ной стенкой, ослабленной круговым отверстием, предложены формулы для оценки устойчивости и прочности гофрированной стенки балки, а также формулы для определения прогиба балки с гофрированной стен кой, ослабленной круговым отверстием.

Достаточно большое количество теоретических и эксперименталь ных работ посвящено изучению вопроса о влиянии кругового отверстия в стенке балки на ее несущую способность при изгибе. Этим вопросов занимались российские и советские ученые: Космодамианский А.С., Мавлютов Р.Р., Мусхелишвилли Н.И., Нейман М.Н., Савин Г.Н., Тимошенко С.П., Тульчий В.И., Шихобалов С.П., а также иностранные исследователи: Darwin D., Donahey R.C., Fisher L.J., Frocht M.M., Godfrey D.E.R., Houghton D.S., Howland R.C. J., Isida M., Kirsch G., Leven М.М., Rothwell A., Ryan J.J., Stevenson A.C., Tuji Z, Wang C.K., Wilson H.B., Wittrick W.H. и многие другие.

Совсем немного работ посвящено изучению влияния отверстий в гофрированных стенках балок на их несущую способность. Все опубли кованные исследования по этому вопросу выполнены иностранными учеными – Hoop H., Huang B., Lindner J., Romeijn A. и Sarkhosh R.

и посвящены изучению влияния отверстия только на устойчивость гоф рированной стенки.

Некоторые рекомендации по проектированию и расчету устойчи вости и деформаций балок с гофрированными стенками, ослабленными круговыми отверстиями, приведены в строительных нормах и правилах Республики Казахстан (СНиП РК 5.04-23-2002).

Таблица Шифр f L, м b f, см t f, см h w, см t w, см f, см a, см балки a L6F0 6 20 1,2 35 0,6 0 0 L6F40 6 20 1,4 35 0,4 4 20 0, L6F60 6 20 1,4 35 0,4 6 20 0, L6F80 6 20 1,4 35 0,4 8 20 0, L12F0 12 35 1,4 45 0,8 0 0 L12F40 12 35 1,6 45 0,4 4 20 0, L12F60 12 35 1,6 45 0,4 6 20 0, L12F80 12 35 1,6 45 0,4 8 20 0, L18F0 18 35 1,6 65 1,0 0 0 L18F40 18 35 1,6 65 0,4 4 20 0, L18F60 18 35 1,6 65 0,4 6 20 0, L18F80 18 35 1,6 65 0,4 8 20 0, Для определения напряженно-деформированного состояния (НДС) гофрированной стенки балки вблизи кругового отверстия в данной рабо те выполнен расчет методом конечных элементов (МКЭ) полномас штабных моделей балок с плоской и гофрированной стенками различной геометрии в программе Cosmos (Solidworks Simulation 2010). Всего рас считано 12 типов балок. Пролет балок принимался равным 6м, 12м и 18м. Геометрические параметры рассчитанных балок приведены в таб лице 1. Расчетная схема балки с гофрированной стенкой и схема нагру жения приведены на рис. 4.

1 P P L/3 L/3 L/ L 1 Отверстие P P Эп. M PL PL M M1 Эп. Q Q1 = Q2 = P Рис. 4. Расчетная схема балки с гофрированной стенкой и схема нагружения Такая расчетная схема выбрана, как наиболее универсальная, по зволяющая изучить влияние отверстия как на участках балки, где дейст вует только изгибающий момент, так и на участках, где совместно дей ствуют изгибающий момент и поперечная сила.

На основании анализа результатов численных расчетов впервые предложены эмпирические формулы для практического определения ко эффициентов концентрации напряжений в гофрированной стенке балки, ослабленной круговым отверстием:

- при расположении отверстия в зоне чистого изгиба (сечение 1- на рис. 4) предложена формула 0, f d, (1) KM a hw где f – высота гофра;

a – длина гофра;

d – диаметр отверстия;

h w – высота гофрированной стенки;

- при расположении отверстия в зоне поперечного изгиба (сечение 2-2 на рис.4) формула получена в виде d d 4, (2) KQ 0,1 w hw hw hw где – гибкость гофрированной стенки;

w tw t w – толщина гофрированной стенки;

d – диаметр отверстия;

h w – высота гофрированной стенки.

Предлагаемые формулы справедливы для определения коэффици ентов концентрации напряжений на контуре кругового отверстия в гоф f рированной стенке балки при 0,2 0,4 и при относительном диамет a d ре отверстия 0,1 0,5.

hw Гофрированная стенка изгибаемой балки воспринимает только сдвигающие усилия, а значит, практически полностью находится в усло виях чистого сдвига. Отдельный гофр стенки при расчете его устойчиво сти можно рассматривать как пластинку с плоской стенкой размерами b w, подверженную сдвигающим усилиям в своей плоскости.

hw На основании принятых допущений выражение для упругих кри тических касательных напряжений в случае ослабления треугольно гоф рированной стенки балки круговым отверстием было уточнено и полу чило вид 1,12 C p, cr R s p, cr h wc, (3) c где C p,cr – коэффициент, принимаемый по табл. 2 в зависимости от hw отношения высоты стенки и ширины панели гофра ;

bw Ry bw c – условная гибкость панели гофра;

tw E wc – коэффициент условий работы гофрированной стенки при расчете на местную устойчивость, учитывающий снижение несу щей способности стенки, ослабленной отверстием.

Таблица hw 1 2 3 4 bw C p,cr 9,34 6,47 6,04 5,875 5,71 5, Для того чтобы определить насколько снижается несущая способ ность гофра при потере местной устойчивости стенки, выполнены чис ленные расчеты моделей балок с гофрированной стенкой при различном относительном диаметре отверстия.

Для определения коэффициента wc расчет устойчивости моделей балок выполнен МКЭ в программе Cosmos (Solidworks Simulation 2010).

Для каждого типоразмера балки и каждого варианта отверстия опреде лены 20 форм потери устойчивости. Геометрические параметры рассчи танных балок приведены в таблице 1. Расчетная схема балки при про верке устойчивости приведена на рис. 4.

В результате анализа полученных данных для определения коэф фициента снижения устойчивости гофров с отверстием предлагается следующее выражение:

d d. (4) 1 1,85 0, wc bw bw Прогиб балок с гофрированной стенкой принято вычислять с уче том влияния поперечных сил. Для расчетной схемы балки, приведенной на рис. 4, максимальный прогиб можно определить по известной теоре тической формуле P L3 PL ft, (5) 28,17 EI GA где E – модуль упругости стали при растяжении;

G – модуль упругости стали при сдвиге;

– численный коэффициент, на который следует умножить сред ние касательные напряжения, чтобы получить касательные напря жения в центре тяжести поперечного сечения. Для балок с тре угольно гофрированной стенкой 1.

Для изучения влияния одиночного кругового отверстия на прогиб балки с гофрированной стенкой при изгибе проведены численные экспе рименты МКЭ на моделях балок с плоской и гофрированной стенкой с различными геометрическими параметрами гофров. Геометрические па раметры рассчитанных балок приведены в таблице 1.

В результате численных расчетов МКЭ определены максимальные вертикальные прогибы балок f fea. Полученные экспериментальные зна чения максимальных прогибов балок с гофрированной стенкой, ослаб ленной круговым отверстием, сравнивались с максимальными верти кальными прогибами балок f t, вычисленными по формуле (5).

Для балок с гофрированной стенкой при относительном диаметре d отверстия 0,3 получено хорошее совпадение экспериментальных и hw теоретических данных. Расхождение в результатах не превышает 6%, причем значения вертикальных прогибов, полученные МКЭ, больше теоретически вычисленных значений.

Для балок с гофрированной стенкой при относительном диаметре d отверстия 0,3 0,5 значения максимальных прогибов предлагаем hw определять по теоретической формуле (5), увеличивая затем полученное значение на коэффициент k f 1,1, учитывающий ослабление стенки от верстием.

В четвертой главе описана предлагаемая автором методика для практического инженерного расчета и проектирования балок с гофриро ванной стенкой, в том числе и балок, стенки которых ослаблены круго выми отверстиями.

Методика основана на общепринятых методах расчета и проекти рования изгибаемых металлических конструкций и развивает разработки российских и зарубежных ученых исследуемого вида конструкций. В части обозначений, формулировок и подходов к расчету балок с гофри рованной стенкой, ослабленной круговым отверстием, она максимально приближена к привычной для рядового инженера-проектировщика ме тодике расчета и подбора сечений сварных двутавровых балок с плоской стенкой, приведенной в учебной и нормативной литературе по металли ческим конструкциям.

При расположении отверстия в зоне чистого изгиба балки (сечение 1-1 на рис. 4), где M1 0, проверку прочности гофрированной 0, Q стенки вблизи отверстия предлагаем осуществлять по формуле 1,15 R y c, (6) w1 K M k где k – приведенные напряжения на контуре отверстия с учетом концентрации напряжений;

w1 – нормальные напряжения в гофрированной стенке в сечении с отверстием на уровне поясного сварного шва балки;

K M – коэффициент концентрации напряжений, определяемый по формуле (1).

При расположении отверстия в зоне поперечного изгиба балки (сечение 2-2 на рис. 4), где M1 0, проверку прочности гофри 0, Q рованной стенки вблизи отверстия предлагаем осуществлять по формуле 1,15 R y c, (7) xy1 K Q k где k – приведенные напряжения на контуре отверстия с учетом концентрации напряжений;

xy1 – касательные напряжения в гофрированной стенке в сечении с отверстием;

K Q – коэффициент концентрации напряжений, определяемый по формуле (2).

В приложении к диссертации приведен пример расчета стропиль ной балки с гофрированной стенкой, ослабленной круговым отверстием.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ Подтверждено, что при практическом проектировании участием 1.

стенки в работе балки на изгиб можно пренебречь и считать, что изгибающий момент полностью воспринимается поясами, а попе речная сила полностью стенкой балки.

Изучено влияние кругового отверстия в гофрированной стенке 2.

балки на ее несущую способность при изгибе и получены инже нерные формулы (1) и (2) для определения коэффициентов кон центрации напряжений вблизи кругового отверстия при располо жении отверстия в зоне чистого изгиба и в зоне поперечного изги ба балки. Предлагаемые формулы справедливы для гофров тре угольного очертания при относительном диаметре отверстия f d 0,5 и при относительных размерах гофров 0, 0,1 0,4.

hw a Предложены формулы (6) и (7) для практического расчета прочно 3.

сти гофрированной стенки балки вблизи кругового отверстия с учетом коэффициентов концентрации напряжений для зон чистого и поперечного изгибов балки.

Установлено, что степень снижения местной устойчивости гофра, 4.

ослабленной круговым отверстием, можно оценить коэффициен том условий работы wc. Предложена формула (4) определения wc для гофров треугольного очертания c относительными параметра ми гофров и отверстий, указанных в выводе 2.

На основании анализа результатов численных экспериментов по 5.

определению величины вертикального прогиба балок с гофриро ванной стенкой, ослабленной отверстием, предложено правило практического расчета вертикального прогиба балок. При относи d тельных размерах отверстия 0,3 рекомендуем определять hw прогиб балок без учета отверстия по известным теоретическим формулам;

в балках с относительными размерами кругового от d верстия 0,3 0,5 следует определять вертикальный прогиб с hw учетом повышающего коэффициента k f 1,1.

Разработана новая инженерная методика, позволяющая оценить 6.

прочность, устойчивость и жесткость балок с гофрированной стенкой, ослабленной круговым отверстием.

Результаты диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

Кудрявцев С.В., Рогалевич В.В. Балки с тонкими гофрированными 1.

стенками [Текст] / С.В. Кудрявцев, В.В. Рогалевич // Научные тру ды Х отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ УПИ: сборник статей: в 4 ч. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. Ч. 2. С. 111-112. (0,125 п.л.).

Расчет двутавровой балки с гофрированной стенкой на изгиб в 2.

своей плоскости под действием статических нагрузок (Часть 1:

Методика расчета) [Текст] / С.В. Кудрявцев;

ГОУ ВПО Урал. гос.

техн. ун-т - УПИ. – Екатеринбург, 2007. – 17 с..: ил. Библиогр.:

с. 17. – Деп. в ВИНИТИ 20.07.07, № 749-В2007. (1,062 п.л.).

Расчет двутавровой балки с гофрированной стенкой на изгиб в 3.

своей плоскости под действием статических нагрузок (Часть 2:

Расчет методом конечных элементов) [Текст] / С.В. Кудрявцев;

ГОУ ВПО Урал. гос. техн. ун-т - УПИ. – Екатеринбург, 2007. – 11 с.: ил. Библиогр.: с. 11. – Деп. в ВИНИТИ 20.07.07, № 750 В2007. (0,688 п.л.).

Рогалевич В.В., Кудрявцев С.В. Концентрация напряжений вблизи 4.

круговых отверстий в гофрированных стенках балок [Текст] / С.В.

Кудрявцев, В.В. Рогалевич // Известия ВУЗов. Строительство. – 2008. – №11 – 12. – С. 8-13. (0,375 п.л.). Лично автором 5 стр.

Концентрация напряжений вблизи круговых отверстий в гофриро 5.

ванных стенках балок [Текст]: Монография / С.В. Кудрявцев. – Екатеринбург: Изд-во АМБ, 2010. – 156 с. ISBN: 978-5-80-57 0746-0. (9,75 п.л.).

Кудрявцев Сергей Владимирович НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ БАЛОК С ГОФРИРОВАННОЙ СТЕНКОЙ, ОСЛАБЛЕННОЙ КРУГОВЫМ ОТВЕРСТИЕМ Специальность 05.23.01 – «Строительные конструкции, здания и сооружения» Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.