Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор конструкгивных решений ферм из холодногнутых профилей и особенностей их работы 10
1.1 Развитие несущих конструкций покрытий из хслодногнутых профилей 10
1.2 Обзор исследований вопросов местной устойчивости тонкостенных профилей 22
1.3 Обзор исследований прочности и деформативности болтовых соединений при работе на смятие 28
1.4 Обзор исследований влияния податливости болтовых соединении на напряженно-деформированное состояние решетчатых конструкций 31
1,5 Выводы 35
2 Изучение напряженно-деформированного состояния ферм из холодногнутых профилей повыишнной жесткости 36
2.1 Конструктивные решения узлов, увеличивающие несущую способность фермы из холодиогнутых профилей повышенной жесткости 36
2.2 Изучение влияния податливости болтовых соединений на па пряжешю-деформированное состояние фермы 39
2.3 Численное моделирование работы холодногнутого профиля повышенной жесткости как элемента фермы 52
2.4 Исследование потери местной устойчивости сжатых полок холодногнутьгх профилей 62
2.5 Выбор рационального конструктивного решения фермы 69
2.6 Расчет фермы пролетом 18 м из ХОЛОДНОГНУТЫХ профилей повышенной жесткости 77
2.6.1 Статический расчет фермы с учетом податливости болтовых соединений 77
2,6.2 Подбор сечении элементов фермы из холодногнутых профилей повышенной жесткости 83
2.7 Выводы 90
3 Натурные испытания ферм пролетом 18 м из холодногнутых профилей повышенной жесткости 92
3.1 Подготовка испытаний 93
3.1.1 Конструкция фермы ..93
3.1.2 Методика про не де ния испытаний 94
3.1.3 Конструкция стенда для испытания 96
3.2 Результаты испытаний 99
3.2.1 Особенности монтажа ферм из холодногну гых профилей повышенной жесткости 99
3.2.2 Влияние способа передачи нагрузки на верхний пояс на несущую способность фермы 102
3-2.3 Влияние податлиности болтовых соединений на несущую способность и деформативность фермы 105
3.2.4 Соответствие принятой расчетной схемы фактическому напряженно-де формирован ному состоянию конструкции 111
3.2.5 Изучение явления потери местной устойчивости элементов фермы и работы конструкции в закритнческой стадии 116
3.3 Выводы 122
4 Оценка экономической эффективности применения конструкций покрытия из тонкостенных холодно- гнутых профилей 124
4.1 Учет показателей технологичности при оценке экономической эффективности конструкции холодногнутых профилей повышенной жесткости 127
4.2 Выводы 137
Основные выводы 138
Библиографический список 140
Приложение
- Обзор исследований вопросов местной устойчивости тонкостенных профилей
- Изучение влияния податливости болтовых соединений на па пряжешю-деформированное состояние фермы
- Влияние способа передачи нагрузки на верхний пояс на несущую способность фермы
- Учет показателей технологичности при оценке экономической эффективности конструкции холодногнутых профилей повышенной жесткости
Введение к работе
Актуальность темы. Основными задачами совершенствования строительных металлоконструкций является снижение их веса, уменьшение трудоемкости изготовления и монтажа. Одним из решений этой задачи является использование в решетчатых конструкциях покрытий тонкостенных холодногнутых профилей взамен горячекатаных.
Применение холодногнутых профилей повышенной жесткости толщиной 1-3 мм в несущих конструкциях бескрановых зданий и сооружений с небольшими нагрузками на покрытие позволяет получить значительный экономический эффект по сравнению с традиционными стальными конструкциями. Однако область применения конструкций покрытия из холодногнутых профилей ограничивается. Фермы из холодногнутых профилей пролетом более 15 м при шаге более 3 м не находят широкого применения. Это связано с недостаточной несущей способностью узловых соединений, выполняемых в основном при помощи самонарезающих винтов, а также, с возможностью местного смятия тонкостенного элемента при передаче на него сосредоточенной нагрузки. Существующая методика расчета конструкций из холодногнутых профилей основана на предположении о неизменяемости контура поперечного сечения профиля и не учитывает возможность потери устойчивости формы, которая характерна для элементов с небольшой гибкостью. Уточнение методики расчета, увеличение несущей способности ферм из холодногнутых профилей повышенной жесткости являются актуальными задачами, так как позволят значительно увеличить экономическую эффективность применения таких конструкций.
Цель работы — разработка эффективного конструктивного решения и исследование напряженно-деформированного состояния фермы из холодногнутых профилей повышенной жесткости. Задачи исследований:
1) оценить влияние податливости болтовых соединений на напряженно-деформированное состояние элементов ферм из холодногнутых профилей;
2) определить характер потери местной устойчивости тонкостенных
холодногнутых профилей, работающих в составе фермы;
-
разработать конструктивное решение узлов, позволяющее увеличить несущую способность фермы из тонкостенных холодногнутых профилей повышенной жесткости;
-
разработать методику расчета ферм из холодногнутых профилей повышенной жесткости;
-
провести натурные испытания конструкций с целью проверки обоснованности теоретических предпосылок расчета ферм из холодногнутых профилей повышенной жесткости;
6) оценить технико-экономическую эффективность применения в
строительстве ферм из холодногнутых профилей повышенной жесткости.
Научная новизна
получены значения коэффициента, позволяющего учесть влияние податливости болтовых соединений на напряженно-деформированное состояние фермы;
на основании результатов численного моделирования и экспериментальных исследований доказано, что в качестве расчетной схемы сжатой полки холодногнутого профиля повышенной жесткости, работающего в составе фермы, следует рассматривать пластину, подкрепленную упругим ребром;
выявлена зависимость критического напряжения потери устойчивости сжатой полки от условий обеспечения совместности работы элементов составного сечения из холодногнутых профилей повышенной жесткости;
-. разработано конструктивное решение узлов фермы с болтовыми соединениями, позволяющее повысить несущую способность конструкции за счет передачи узловых нагрузок на стенки холодногнутых профилей;
- получены экспериментальные данные о напряженно-дефор
мированном состоянии ферм с болтовыми соединениями элементов из тонко
стенных холодногнутых профилей повышенной жесткости.
Достоверность результатов обеспечена использованием общепринятых методик экспериментальных исследований, применением вычислительных программных комплексов расчета строительных конструкций на основе метода конечных элементов, использованием современного метрологически поверенного измерительного оборудования; корректность выбранных расчетных схем проверена сопоставлением результатов расчетов с экспериментальными данным.
Практическая значимость работы заключается в:
разработке конструктивных решений, позволяющих увеличить несущую способность фермы пролетом 18 м из холодногнутых профилей повышенной жесткости;
разработке методики расчета ферм из холодногнутых профилей повышенной жесткости, учитывающей влияние податливости болтовых соединений и потери устойчивости сжатых полок профилей на несущую способность и де-формагивносгь конструкции.
Внедрение результатов. Результаты диссертационного исследования нашли применение в:
1) ООО «Ласар» (398005, Россия, г. Липецк, ул. 9 Мая, 14А) при изготовлении
конструкций покрытия для объектов:
«Склад строительных материалов пролетом 18 м из оцинкованных профилей в г. Шахты Ростовской области»;
«Автосалон «УАЗ техцентр», г. Липецк, площадью 1200 м2.
-
ООО АНТЦ «Академстройцентр» (398600, Россия, г. Липецк, ул. Московская, 30) при разработке проекта АНТЦ-01-07-КМ «Склад стройматериалов в п. Красногорняцкий Октябрьского района Ростовской области»;
-
ЗАО «Эксергия» (г.Липецк 398020 ул.Клары Цеткин 1) при разработке проектов:
- «Универсальное здание с размерами 18x42x6 м в г. Семилуки Воро
нежской области» (с шагом рам 3 м);
- «Ангар для временного хранения автомобилей с размерами 18x49,5x6
м по адресу: г. Липецк, Грязинское шоссе, владение 7» (с шагом рам 4,5 м).
4) ООО «РИКО» (121059, г. Москва, ул. Большая Дорогомиловская, д. 14, офис 38) на экспериментально-консервном заводе «Лебедянский» (399610, г. Лебедянь, ул. Матросова, д. 7) при разработке проекта «Автоматизированный высокостеллажный склад».
Основные положения диссертационного исследования используются в курсовом и дипломном проектировании, при чтении курсов лекций «Металлические конструкции, включая сварку», «Технология изготовления МК», «Монтаж металлических конструкций» на кафедре металлических конструкций Липецкого государственного технического университета.
На защиту выносятся:
результаты экспериментально-теоретических исследований болтовых соединений тонкостенных элементов, позволяющие учесть влияние их податливости на напряженно-деформированное состояние конструкции в целом;
результаты теоретических исследований потери устойчивости сжатых полок холодногнутых профилей, работающих в составе фермы;
конструктивное решение узлов фермы с болтовыми соединениями элементов из тонкостенных холодногнутых профилей;
результаты экспериментальных исследований натурных конструкций ферм пролетом 18 м из холодногнутых профилей повышенной жесткости;
результаты технико-экономической оценки эффективности ферм из тонкостенных холодногнутых профилей повышенной жесткости и область их рационального применения.
практические рекомендации по расчету и конструированию ферм из холодногнутых профилей повышенной жесткости с болтовыми соединениями через узловые фасонки.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях ЛГТУ (Липецк, 2006-2009), на научном семинаре инженерно-строительного факультета ЛГТУ; на кафедрах
строительной механики, металлических конструкций и сварки ВГАСУ; на международной конференции «Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре», г. Липецк, 28.10.09-30.10.09.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ. Одна статья опубликована в издании из перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, определенных ВАК РФ.
Обзор исследований вопросов местной устойчивости тонкостенных профилей
Главная особенность работы тонкостенных профилей заключается в том, что грани с высоким значением отношения ширины к толщине испытывают при наїружении большие деформации выпучивания. Из-за начальной по-гиби граней, всегда имеющейся в реальном профиле, прогибы местного выпучивания появляются с начала нагружения. Особенно интенсивный рост прогибов наблюдается тогда, когда величина действующих в грани напряжений приближается к критическому значению. Происходит потеря местной устойчивости, выпучипание становится сравнимо с толщиной грани. Поперечное сечение профиля сильно искажается.
Учитывая то обстоятельство, что в работе тонкостепного профиля исключительно важное значение имеет характер работы каждой отдельной грани, рядом авторов [JO, 12S, 129] было предложено первоначально изучать повеление граней а отдельности, рассматривая их как пластинки (стенки), соответствующим образом опертые и нагруженные. Это позволяет без лишних сложностей решить важнейшие задачи, касающиеся местной устойчивости граней. На основе полученных таким образом результатов определяют геометрические характеристики эффективного сечения профиля и проводят расчет конструкции на прочность, устойчивость и дефорыатитшость.
Задача о критических напряжениях, отвечающих разветвлению форм равновесия идеально плоской пластинки, решается на основе линейного дифференциального уравнения, выведенного при условии бесконечно малых прогибов. Представляющее практический интерес исследование закри-тической стадии работы пластинки невозможно на базе линейной теории, так как в этом случае рассматриваются конечные прогибы, имеющие величину порядка толщины пластинки. Такое исследование выполняют используя нелинейные зависимости, обусловленные взаимодействием между мембранными напряжениями и кривизной пластинки.
Нелинейная теория больших прогибов тонких пластинок впервые была разработана А. Фепплем [126], Исходя из предположения, что изгибыые напряжения малы по сравнению с мембранными и следовательно, вполне пре-небрежимы, А. Феппль получил дифференциальные уравнения равновесия и совместности деформаций. Г. Карман [128, 129], дополнив уравнения А. Феп-пля членами, зависящими от изгибной жесткости пластинки, сформулировал полную систему нелинейных дифференциальных уравнений теории больших прогибов пластинок. Уравнения Т. Кармана стали основой для решения различных частных задач.
Т. Карман проводил исследования работы сжатых коротких стержней, а также стержней средней гибкости [121].
Необходимость в разработке технической теории пластинок возникла на рубеже XIX и XX веков в связи с развитием металлического кораблестроения. Важные исследования по тонким пластинкам, тесно связанные с запросами практики кораблестроения, принадлежат известному русскому ученому и инженеру И.Г. Бубнову В его трудах «Напряжения в об шивке судов от давления воды» (1902 г.) и «С фонгсльная механика корабля» (1912-1914 гг.) разработаны методы расчета обшивки корабля, основанные па нелинейной теории пластинок. И.Г. Бубновым был введен также метод редукционных коэффициентов, позволяющий определять несущую способность тонкостенных конструкций, некоторые из элементов которых испытали потерю устойчивости.
В литературе по устойчивости пластинок особое место занимают работы русского ученого СП. Тимошенко [106-111], Вму принадлежит заслуга в разработке энергетического метода решения задач упругой устойчивости. Этот метод оказался особенно полечен в тех случаях, когда точное решение дифференциальных уравнений выпучивания пластинки неизвестно и когда требуется найти только приближенное значение критических напряжений. Используя энергетический метод, СП. Тимошенко дал теоретическое решение задач устойчивости пластинок, нагруженных в срединной плоскости для разных граничных условий. Он установил важное значение формы волнообразования. Теоретические решения были проверены серией испытаний свободно опертых пластинок на равномерное сжатие. Опытное значение критической нагрузки определилось методом, предложенным Р-В- Саусвел-лом. Испытания подтвердили теоретические предположения. Саусвелл предложил ввести приведенную длину при расчете устойчивости стержней. Полученные экспериментальные данные справедливы для сплошного круглого, тонкостенного трубчатого и квадратного сечений [1211.
На основе своих научных исследований СП. Тимошенко решил многие прикладные задачи. В частности им была предложена инженерная методика расчета пластинчатых элементов стальных сжатых и изгибаемых стержней (двутавры, швеллеры, уголки), нашедших в начале XX века широкое применение в строительстве. Кроме исследований устойчивости за пределом упругости, Ф. Блейх решал задачи определения коэффициента упругой заделки кромок плаетин ки, устойчивости неразрезиых пластинок и ряд других. Важное практическое значение имеют предложенные им расчетные формулы для проверки устойчивости пластинок с учетом действительной диаграммы работы материала во леей упруго-пласшческой области. А.А. Ильюшин попытался сформулировать рациональную теорию устойчивости пластинок за пределом упругости [47]. Результаты теории А,А. Ильюшина не дают точного совпадения с результатами экспериментов.
В.З. Власовым разработана ісория тонкостенных конструкций, опирающаяся на гипотезу жесткого контура [21, 22], Эта гипотеза заключается в следующем: при предельной нагрузке в гранях профиля возникает напряженное состояние, не вызывающее по і ери местной устойчивости граней. Допускается только депланация поперечного сечения.
В тех практических случаях, когда устойчивость формы контура обеспечена, теория В,3. Власова находит подтверждение. Однако у холод-погнутых профилей из листа толщиной до 2,0 мм деформации выпучивания граней неизбежны. Кроме тої о, как методы исследования, так и расчеты прочности конструкций с помощью теории В.З. Власова сложны и трудоемки, а в ряде случаев не позволяют получить пригодных для инженерной практики решений. Поэтому эта теория получила основное применение при расчете тонкостенных стержней с жеелким кончу ром, подверженных изгиб-но-крутильной форме деформирования.
Теория устойчивости пластинок в элементах стальных строительны консгрукций разрабааывалась Б.М, Броуде [13-171- Им были поставлены и решены следующие задачи: устойчивость пластинок, подверженных воздействию одного и нескольких силовых факторов; влияние упругого защемления контура- на устойчивость; устойчивость в упруго-пластической области; влияние на устойчивость начального искривления. Решение задач выполнялось на базе линейной и нелинейкой теории. Результаты решения позволили сделать ряд практически важных ныводов. Например, вывод о пренебрежимо малом влиянии степени упругого защемления па устойчивость пластинки, загруженной несколькими силовыми факторами (изгиб и сдвиг в плоскости пластинки). Исследования Б.М- Броуде явились основой для разработки практических рекомендаций по проверке местной устойчивости стальных конструкций, вошедших в нормы проектирования [89].
Изучение влияния податливости болтовых соединений на па пряжешю-деформированное состояние фермы
Известно, что болтовые соединения обладаю г некоторой податливостью, Податливость болтовых соединений выражается в том, что при нагруже-нии фактический прогиб конструкции в целом увеличивается по сравнению с теоретическим, полученным ш расчета по не деформированной схеме. Влияние величины смятия в болтовых соединениях на НДС конструкции из холодногнутых профилей толщиной 1-2 мм предлагается учитывать изменением жесткости элементов расчетной схемы. Расчет конструкции с учетом влияния податливости болтовых соединений состоит из двух этапов. На первом этапе выполняется статический расчет фермы в упругой стадии. Для каждого элемента конструкции находится его удлинение Д/ при заданной нагрузке где N - продольное усилие в стержне фермы, кН; / - геометрическая длина элемента, см; ЕА - продольная жесткость элемента, кН. В реальных условиях работы усилия в стержнях конструкции вызывают упруго-пластические деформации отверстий болтовых соединений элементов Лип- Суммарная деформация элемента с учетом смятия в болтовых соединениях Величина деформации отверстий, зависящая от приложенных усилий, определяется из зависимости (2.3), полученной на основании экспериментальных исследований работы одноболтовых соединений. где NirQmis - усилие, передаваемое на элемент одним болтом, кН; где д, - количество поверхностей смятия (для парных профилей по рисунку 2Л «ж =2); щ — количество болтов, через которые передается усилие на данный элемент; ЕА — продольная жесткость стержня в упругой стадии работы, кН. На втором этапе в расчетную схему конструкции для каждого элемента, усилие на который передается через болтовое соединение, вводится уменьшенная жесткость {ЕЛу. Такими элементами являются элементы поясов, примыкающие к опорам и коньку (предполагается, что пояса фермы неразрезные) все стержни решетки, примыкающие к поясам с помощью приставного шарнира. Далее повторно вьтолняется статический расчет конструкции с измененной жесткостью элементов. Податливость болтовых соединений нормальной точности проявляется в две стадии. 1) Сдвиг соединяемых элементов друг относительно друга при первом нагружении. Происходит выборка зазоров в соединении из-за разницы диаметров отверстия и болта. Величина проскальзывания (сдвига) в соединениях при первом нагружении конструкции зависит от точности изготовления и сборки, одновременности включения в работу всех болтов соединения. 2) Упруго-пластические деформации, вызванные смятием металла соединяемых элементов под нагрузкой, передаваемой стержнями болтов. "Ъ оощем виде суммарная деформация fiAit") помимо удлинения или укорочения стержня фермы (А/) и упруго-пластических деформации отверстий (Дол„) должна включать в себя величину первоначального свободного сдвига из-за разницы диаметров отверстия и болта. С учетом этого формула (2.2) будет иметь вид: где Ае- величина сдвига в болтовом соединении, вызванная разницей диаметров отверстия и болта. В предложенной методике величина приведенной жесткости находится без учета сдвига, вызванного разницей диаметров отверстия и болта. В процессе экспериментальных исследований узлов болтовых соединений величина свободного сдвига сводилась к нулю, поскольку перед началом испытаний во всех образцах зазоры были выбраны. Это сделано ип следующих соображений, В конструкции с одноболтовыми соединениями в узлах влияние свободного сдвига может быть существенным. В случае многоболтового соединения из-за неточности изготовления только часть болтов первоначально будет свободно расположена н отверстиях. Остальные могут находиться в соприкосновении с внутренней поверхностью отверстия и не иметь возможности сдвига. В исследуемой конструкции все соединения элементов в узлах — многоболтовые. Поэтому в рамках данной работы влияние сдвига в болтовом соединении не рассматри вается. Величина смятия отверстия &ош определяется по формуле (2.6), которая получена эмпирически на основании испытаний узлов болтовых соединений. Для изучения деформативности болтовых соединений элементов из хо-лодногнутых профилей было проведено экспериментальное исследование 30 узлов. Образцы для испытаний представляли собой одноболтовые соединения пластин (рисунок 2.3). Изучалась работа на смятие элементов толщиной 1,2 - 1,5 мм. соединенных с пластинами толщиной 6 мм, которые закреплялись в захватах разрывной машины. Соединение выполнялось при помощи болта М10 нормальной точности класса 8.S с неконтролируемым усилием натяжения. Резьба болта находилась вне пакета соединяемых элементов. Отверстия под болты выпо. гнены диаметром 11 мм. В процессе испытаний изучалась зависимость величины деформации отверстий от приложенного усилия. Для нейтрализации влияния проскальзывания в болтовом соединении перед испытанием образца производилось ослабление натяжения н выборка зазоров между стержнем болта и стенками отверстий. Исследовано четыре типа образцов толщиной 1,2 и 1,5 мм с расстоянием от центра отверстия до края элемента 20 л 30 мм. Для каждого типа образцов проведено 10 испытании. Получены графики зависимости величины деформации отверстия A jrD от приложенного к соединению усилия (рисунки АЛ - АЛ). Наиболее характерные графики зависимости величины деформации отверстия Д от приложенного усилия для элементов с толщинами 1,2 и 1,5 мм приведены на рисунках 2Л и 2.5, Значения деформаций До получены для одного элемента соединения толщиной 1,2 или 1,5 мм. Величина деформаций отверстий пластин толщиной 6 мм и удлинение всего образца пренебрежимо малы по сравнению с деформациями отверстий пластин толщиной 1,2 и 1,5 мм, До нагрузки, соответствующей прочности на смятие одноболтового соединения Nb по СНиП И-23-81 Стальные конструкции, зависимость деформации отверстия от приложенного усилия носит линейный характер. Расхождение значений деформации при одинаковых значениях нагрузки вызвано тем, что материал испытанных образцов имел некоторый разброс значений прочностных характеристик (таблица 2.1)
Влияние способа передачи нагрузки на верхний пояс на несущую способность фермы
Местное смятие в местах приложения нагрузки представляет большую опасность для тонкостенных профилей.
Рассмотрено два варианта передачи нагрузки на верхний пояс фермы. Первый вариант - через опорные пластины толщиной 6 мм, закрепленные на полках верхнего пояса (рисунок 3.S). Использование такой конструкции привело к потере несущей способности фермы при S5 % от предполагаемой критической нагрузки. Потеря несущей способности произошла в результате смятия полок профилей верхнего пояса (рисунок. 3.9). В дальнейших, испытаниях бші применен второй вариант конструкции фасонок верхнего пояса фермы.
Фасонка имела тавровое сечение, в котором вертикальная пластина предназначена для соединения профилей в узле, а горизонтальная — для восприятия внешней нагрузки и передачи усилия в узел без давления на верхние полки профилей (рисунок ЗЛО). Это сделано с целью устранения возможности местного смятия полок профилей в местах передачи нагрузки.
Применение новой конструкции узла верхнего пояса позволило обеспечить несупгую способность фермы до момента приложения нагрузки, соответствующей критическому напряжению потери устойчивости полок профилей верхнего пояса 1 - горизонтальная опорная пластина; 2 - вертикальная пластина; 3 - верхний пояс; 4 - элементы решетки Рисунок ЗЛО - Узловая фасонка таврового сечения
Примененный способ передачи нагрузки от нагружающего рычага на ферму через систему цилиндров (рисунки 3.8. 3.9) приводит в случае смещения рычага к появлению эксцентриситета передачи нагрузки в узел. Замена системы цилиндров на подшипник качения (рисунок ЗЛ1) позволила обеспечить центральную передачу нагрузки в узел не зависимо от изменения угла наклона рычага и избежать влияния эксцентриситета, возникающего в результате смещения рычага.
Во второй серии испытаний изучалась работа ферм при первом нагру-жении. Для каждого испытания собиралась новая конструкция или производилась замена большинства элементов конструкции, использованной в предыдущем испытании. Было испытано две фермы.
Для болтовых соединений тонкостенных профилей толщиной 1-2 мм определяющим является условие прочности на смятие. Увеличить несущую способность болтовых соединений тонкостенных профилей можно с помощью высокопрочных болтов. С целью изучения работы узловых соединений профилей с использованием высокопрочных болтов и сравнения с работой болтов нормальной точности, в коньковом и опорном узлах фермы № 3 были установлены высокопрочные болты М20. Остальные узловые соединения выполнены на болтах нормальной точности М16. Такое конструктивное решение применено только для фермы № 3. В остальных фермах узловые соединения выполнены на болтах нормальной точности.
Эксперимент показал, чт при первом нагружении прогибы фермы № 3 с соединениями на высокопрочных болтах меньше на 30-40 % прогибов ферм с соединениями на болтах нормальной точности (рисунок 3.12). Повышенная де формативность фермы при первом загружении вызвана податливостью болтовых соединений нормальной точности,
Прогибы иерхтюго пояса фермы № 4 при первом загружении на 30 % превышали теоретические значения прогибов, полученные из расчета без учета податливости болтовых соединений (рисунок 3.13), К конструкции была приложена нагрузка, равная 85 % от предполагаемой критической нагрузки. На этой ступени начали проявляться пластические деформации. Через некоторое время рост деформаций остановился (рисунок 3.13, г). Показання измерительных приборов стабилизировались. Поскольку- разрушение конструкции не являлось целью данного этапа испытаний, пагружение конструкции было остановлено и проведена разгрузка. Снятие нагрузки осуществлялось ступенями в обратной последовательности. График зависимости прогиба середины нижнего пояса фермы от нагрузки при нагружении и при разгрузке представлен на рисунке 3.14. После разгрузки конструкции наблюдался остаточный прогиб 1 см — 25 % от прогиба под нагрузкой (рисунок 3-14). В процессе нагружения конструкции до нагрузки, равной S5 % от критической, пластических деформаций металла стержневых элементов фермы не наблюдалось. Остаточный прогиб конструкции после разгрузки является следствием смятия металла элементов в болтовых соединениях.
Учет показателей технологичности при оценке экономической эффективности конструкции холодногнутых профилей повышенной жесткости
Величина рентабельности продукции Nj задается индивидуально для конкретного предприятия его руководством исходя из складывающихся рыночных условий. В качестве критериев для сравнения эффективности применения двух вариантов конструкций покрытия принимаются следующие показатели: - трудоемкость изготовления и монтажа Тс; - себестоимость изготовления и монтажа конструкции. Технология изготовления конструкций из холодногнутых профилей из оцинкованной стали во многом отличается от технологии изготовления традиционных сварных конструкций. Производство холодногнутых профилей отличается высокой технологичностью, так как несколько операций (профилирование, резка профиля, образование отверстий) совмещены в одной технологической линии. Трудоемкость изготовления зависит от производительное г к оборудования, формы изготавливаемого профиля, технологии профилирования. В настоящее время в сметных нормах отсутствуют данные для определения трудоемкости изготовления конструкций из холодногнутых профилей. Широкое разнообразие типоразмеров профилей и оборудования но их производству не позволяет определить единый норматив трудоемкости изготовления холодногнутых профилей В связи с этим каждым предприятием, производящим холодтюг-нутые профили, разрабатываются нормы времени на основании данных хронометража технологических операций. Для определения трудоемкости технологических операций по изготовлению конструкций покрытия, на которые не распространяются действующие сметные нормы, использованы данные, предоставленные предприятиями-изготовителями холодногнутых профилей повышенной жесткости ООО «Ласар» и ЗАО «Эксергия» (г. Липецк). Данные по трудоемкости изготовления конструкций покрытия из холодногнутых профилей повышенной жесткости приведены в таблицах 4.1 и 4.2, Время выполнения вспомогательных операций (складирование, маркировка, перемещение и др.) учтено при составлении хронометража основных операций. Натурные экспериментальные исследования ферм пролетом 18 м из холодногнутых профилей повышенной жесткости (3 глава) показали, что в процессе монтажа возникают повреждения не раскрепленной из плоскости, фермы
В связи с этим монтаж конструкций покрытия ведется блоками. Фермы поступают на монтаж в виде двух полуферм, которые в дальнейшем укрупняются в монтажный блок вместе с прогонами и связями. Каждый блок состоит из двух ферм (собранных предварительно из двух полуферм), раскрепленных прогона- ми по верхнему поясу и распорками по нижнему поясу. Затем укрупненный блок поднимают в проектное положение. Подъем осуществляется да конек ферм с использованием распределительной траверсы. Преимущество этого способа состоит в том, что большинство верховых работ выполняется внизу; спаренные фермы при любых сечениях поясов вполне устойчивы при подъеме и не нуждаются в дополнительных усилениях [87]. При расчете трудоемкости монтажа конструкций покрытия из холод-ногнутых профилей повышенной жесткости учитывались следующие операции: укрупнение отправочных элементов - полуферм (63,2 чел.-ч); установка и закрепление прогонов и связей в блоке (68,1 чел.-ч); монтаж блоков (53,2 чел,-ч); монтаж прогонов и связей в пространстве между блоками (177,8 чел.-ч). Операции по сборке блоков проводятся на уровне земли. Особенности технологии изготовления и монтажа сварных конструкций, например ферм из гнутосварных профилей, изучены достаточно полно.
Накоплено большое количество данных о зависимости трудоемкости основных технологических операций изготовления и монтажа от массы и количества основных и вспомогательных элементов конструкции. Для определения трудоемкости изготовления и монтажа конструкций покрытия из гнутосварных профилей воспользуемся методикой [59]. Трудоемкость изготовления конструкции из гнутосварных профилей: где G0 и no- масса и число основных деталей; у/т - строительный коэффициент трудоемкости изготовления; с =4,1 - коэффициент, зависящий от типа конструкции; „=1,1 - коэффициент, учитывающий повышение трудоемкости при применении стали повышенной прочности. где d=njn0=l - коэффициент детальности, равный отношению вспомогательных и основных деталей; /3 =0,54 - коэффициент, отражающий различную трудоемкость вспомогательных и основных деталей; &г - коэффициент, учитывающий повышение трудоемкости основных деталей. r Трудоемкость изготовления 13 ферм Д.ІЯ локрілтия размером 18x72 м составит 245,7 чел.-ч, Холодногнутые профили повышенной жесткости изготавливаются из стали с цинковым покрытием, что исключает операции по антикоррозионной обработке конструкций. Для конструкций из гнутосварных профилей необходимо учесть дополнительные работы по антикоррозионной обработке.
В методике [59], а также в сметных нормах на изготовление металлических конструкций не учтены затраты на их очистку, огрунтовку и окраску. Указанные затраты необходимо учитывать дополнительно в соответствии с требованиями проекта по нормам сборника ГЭСН-2001 № 13 «Защита строительных конструкций и оборудования от коррозии», К операциям по антикоррозионной защите металлических конструкций из гнутосварных профилей относятся: - очистка поверхности от ржавчины и загрязнений (ОДЗ чел.-ч/м2); - обезжиривание поверхности (9,08 чел.-ч /100 м2); - огрунтовка металлических поверхностей (5,31 чел.-ч /100 м2); - окраска грунтованной поверхности (2,47 чел.-ч /100 м"). Площадь поверхности по внешней стороне проката на 1 тонну конструкций из гнутых замкнутых прямоугольных труб по ГЭСН 13-03-002 составляет 32,9 м\ По нормам ГЭС11 13-03-002 трудоемкость операций по антикоррозионной защите элементов (ферм, связей и прогонов) конструкций покрытия размером 18x72 м из гнутосварных профилей (серия 1.460.3-23.98) составит 212,84 чел.-ч. Формула (4.5) определяет трудозатраты на основные технологические операции (обработка, сборка и сварка) по изготовлению ферм. Необходимо дополнительно учесть трудозатраты на изготовление остальных элементов конструкции покрытия из гнутосварных профилей: прогонов и связей. Общая трудоемкость изготовления конструкций покрытия из гнутосварных профилей составляет 516,2 чел.-ч.
