Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 6
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И МЕТОДИКА ИССЛЕДО
ВАНИЯ Ю
Анализ современных конструктивных решений подкрановых и крановых коробчатых балок 10
Обзор теоретических и экспериментальных исследований КБ при изгибе и кручении 18
Обзор исследований местных напряжений в стенках
и диафрагмах КБ 24
Выводы, цель и задачи исследования 26
Методика исследований 28
2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ
ИЗГИБЕ И СТЕСНЕННОМ КРУЧЕНИИ КБ С ОДНОСИММЕТРИЧНШ
СЕЧЕНИЕМ 29
2.1. Исследование коробчатых стержней без поперечных
диафрагм в пролете 29
Общее решение задачи для стержней с деформируемым контуром сечения 29
Напряженное состояние стержней без учета деформаций сдвига 44
Стержни, обладающие безмрменгной структурой . . 46
Стержни с недеформируемым контуром 49
2.2. Исследование КБ, подкрепленных упругими попереч
ными диафрагмами 53
2.2.1. Решение задачи о совместном действии изгиба и
кручения КБ 53
стр.
Исследование жесткости сплошных, рамных и раскосных диафрагм КБ 56
Определение усилий в стержнях рамных и раскосных диафрагм при кручении КБ 61
Исследование усилий и деформаций в коробчатом стержне от стесненного кручения на основе балочной аналогии 62
2.3. Исследование влияния геометрических параметров и
условий загружения на напряженно-деформированное
состояние КБ 67
Влияние жесткости узлов сечения КБ 67
Влияние жесткости, шага расстановки и количества диафрагм 72
Влияние деформаций сдвига 80
Влияние крутящего момента и сосредоточенной деп-. ланации на нормальные напряжения в КБ 82
2.4. Выводы 85
3. ЭКСПЕРШЕНТМБНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КБ ПРИ ИЗГИБЕ И СТЕС
НЕННОМ КРУЧЕНИИ 89
Исследование влияния шага диафрагм на деформированное состояние КБ 89
Исследование работы натурных стальных КБ при различном шаге сплошных диафрагм 90
Исследование работы натурных КБ с диафрагмами рамного типа 97
Анализ результатов, полученных при испытании под-краново-подстропильной конструкции Ю2
Анализ результатов, полученных при испытании КБ в Новочеркасском политехническом институте им.С.Орджоникидзе Ю4
-. 4 -
Cip.
3.6. Анализ результатов, полученных при испытании КБ
в Ленинградском политехническом институте им.
М.И.. Калинина НО
3.7. Выводы 115
4. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕСТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СТЕНКАХ И ДИАФРАГМАХ
КБ С РЕЛЬСОМ ПОСЕРЕДИНЕ ВЕРХНЕГО ПОЯСА Ц7
4.1. Теоретическое исследование местных напряжений в КБ Ц7
Исходные допущения. Основные соотношения .... Ц7
Перемещения и напряжения в балке 121
Напряжения и перемещения в диафрагме 129
Местные напряжения в стенках КБ 132
Результаты численной реализации задачи 133
4.2. Экспериментальное исследование местных напряжений
в балках 134
4.3. Выводы 140
5. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА КБ И РАЗРАБОТКА
РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО РАССТАНОВКЕ ДИАФРАГМ 141
Общие положения 141
Методика расчета КБ на кручение 142
Определение геометрических и упругих характеристик сечения балки 142
Скручивающие нагрузки 143
Жесткость поперечных диафрагм 143
Определение усилий в КБ от кручения 147
Определение; напряжений в балках 148
Методика расчета поперечных диафрагм 148
5.3. Особенности расчета стенок и диафрагм КБ, загружен
ных посередине верхнего пояса 150
стр.
Определение оптимальной высоты балки. Подбор сечения КБ 151
Разработка рекомендаций по расстановке поперечных диафрагм в КБ 154
Расстановка больших диафрагм в КБ с рельсом посередине верхнего пояса 154
Расстановка диафрагм в КБ с рельсом над стенкой 155
5.6. Выводы 161
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 162
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 164
ПРИЛОЖЕНРШ I. Примеры расчета коробчатых балок по пред
лагаемой методике 177
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Справки и акты о внедрении работы . . . 193
Введение к работе
В утвержденных ХШ съездом КПСС Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года указывается на необходимость повышения эффективности капитальных вложений за счет удешевления и ускорения ввода в строй объектов, снижения материалоемкости сооружений и уменьшения трудовых затрат / 45 /.
Одним из весьма эффективных средств для создания экономичных металлических строительных конструкций является использование прогрессивных конструктивных форм, среди которых очень важное место занимают коробчатые балки (КБ).
КБ обладают значительно большей крутильной жесткостью и коррозионной стойкостью, чем балки открытого профиля. Эти преимущества КБ наиболее полно реализуются в металлических конструкциях производственных зданий, главным образом в подкрановых балках и подкраново-подстропильных фермах, в конструкциях подъемно-транспортных машин, таких как мостовые и козловые краны, в конструкциях мостов и других сооружений. Расход стали только на подкрановые конструкции измеряется сотнями тысяч тонн в год.
По сравнению с решетчатыми конструкциями КБ более долговечны, обладают более высокой усталостной прочностью и менее трудоемки в изготовлении. Существенным достоинством подкрановых КБ является отсутствие специальных тормозных устройств, что во многих случаях обеспечивает на 3-7$ меньший расход стали, чем в подкрановых конструкциях, состоящих из двутавровой балки и тормозной системы.
Трудоемкость изготовления КБ еще велика из-за установки большого количества внутренних поперечных диафрагм, приварка которых к поясам и стенкам балки выполняется в условиях стесненного пространства. К тому же, сборка и сварка широко приме-
няемых на практике рамных диафрагм из стержней таврового или швеллерного сечения весьма трудоемки.
Изучению напряженного состояния КБ посвящены многочисленные исследования. Однако, следует отметить, что действительная работа поперечных диафрагм и их влияние на напряженное состояние КБ освещены недостаточно. Наименее полно изучена работа КБ с неодинаковыми толщинами вертикальных стенок. Поэтому в существующих методиках расчета не учитывается должным образом влияние шага, типа и размеров сечения диафрагм на работу КБ, что затрудняет проектирование надежных и экономичных конструкций.
Совершенствование методов расчета и улучшение конструктивной формы КБ является весьма актуальной задачей.
Целью данной работы является усовершенствование конструкции металлических сплошносгенчатых КБ и разработка инженерной методики их расчета на прочность при изгибе и стесненном кручении с учетом деформации контура поперечного сечения балки и податливости диафрагм при упругой работе материала. Для решения этой задачи выполнены теоретические и экспериментальные исследования общего напряженного состояния и местных напряжений в диафрагмах и стенках при действии на балку сосредоточенных сил.
Научная новизна работы заключается в следующем:
на основе вариационного метода В.З.Власова получено в замкнутом виде решение задачи о совместном действии изгиба и стесненного кручения КБ с деформируемым профилем, имеющим одну ось симметрии; для практических расчетов КБ на кручение исследована и усовершенствована балочная аналогия Б.А.Косицына, позволяющая свести задачу о стесненном кручении КБ к задаче о поперечном изгибе заменяющей балки ;
выполнен анализ влияния геометрических параметров и условий нагружения на напряженное состояние КБ ;
выполнено теоретическое и экспериментальное исследование КБ, снабженных рамными диафрагмами из гнутых уголков, соединенных в узлах рамы внахлестку на сварке ;
определено напряженное состояние стенок и диафрагм КБ путем решения уравнений плоской теории упругости в рядах Фурье; получены приближенные формулы для определения местных напряжений ; обоснована возможность односторонней приварки больших диафрагм к стенкам КБ с рельсом посередине верхнего пояса на участках, расположенных ниже уровня концов малых диафрагм ;
разработана инженерная методика расчета на прочность КБ и диафрагм при действии сосредоточенных нагрузок и составлены рекомендации по рациональной расстановке поперечных диафрагм.
На защиту выносятся следующие положения работы:
закономерности влияния геометрических и физических параметров, а также способов загружения КБ с поперечными диафрагмами на общее и местное напряженное состояние элементов конструкции ;
основные положения методики расчета КБ на прочность с учетом деформации контура сечения балки и податливости диафрагм;
рекомендации по расстановке диафрагм и усовершенствованию их конструкций.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений.
В первой главе описаны особенности применения подкрановых и крановых КБ, дан анализ состояния вопроса по исследованию балок на прочность при изгибе и стесненном кручении, обоснована необходимость проведения исследования общего напряженного состояния и местных напряжений в элементах КБ ; сформулированы выводы, поставлены задачи исследования и приведена общая методика исследований.
Вторая глава посвящена теоретическому исследованию общего напряженного состояния при изгибе и стесненном кручении КБ с од-несимметричным поперечным сечением. Установлены аналитические зависимости напряженно-деформированного состояния элементов КБ от способа загружения балки, жесткости узлов ее поперечного сечения, типа, шага расстановки и жесткости диафрагм.
В третьей главе представлены результаты экспериментального исследования на изгиб с кручением моделей и натурных КБ со сплошными диафрагмами и с диафрагмами рамного типа. Исследовано влияние типа и шага расстановки диафрагм на работу КБ. Подтверждена правильность принятых теоретических предпосылок.
Четвертая глава посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию местных напряжений в стенках и диафрагмах КБ, загруженных сосредоточенной силой через рельс, расположенный посередине верхнего пояса. Разработано общее решение, базирующееся на уравнениях плоской теории упругости, и получены приближенные формулы для определения напряжений в стенках и диафрагмах КБ. Исследовано влияние высоты сплошных диафрагм на напряженное состояние сварных КБ.
Пятая глава включает; инженерную методику расчета КБ на прочность с учетом местных напряжений и рекомендации по усовершенствованию конструкций балок.
В заключении, на основании проведенных исследований, сформулированы основные выводы работы.
Приложения содержат: примеры расчета КБ ; справки и акты о внедрении работы.
Основное содержание работы опубликовано в / 21-26, 63, 91-94 /.
Похожие диссертации на Напряженное состояние коробчатых балок при сосредоточенных нагрузках
