Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор теоретических и экспериментальных исследований стальных конструкций с перфорированной стенкой
1.1. Общие сведения 8
1.2. Зарубежный опыт применения конструкций с перфорированной стенкой. 9
1.3. Отечественный опыт применения конструкций с перфорированной стенкой 11
1.4. Теоретические исследования перфорированных конструкций 26
1.5. Выводы. Цель работы и задачи исследования 34
2. Теоретические исследования стальных балок с нерегулярной шахматной перфорацией стенки
2.1.Теоретическое исследование влияния параметров реза на
напряженное состояние балок с шахматной перфорацией стенки 36
2.2. Численное исследование напряженно-деформированного состояния балок с шахматной перфорацией 46
2.3. Проверка прочности балок с регулярной и нерегулярной шахматными перфорациями стенки инженерным методом. 65
2.4. Определение местных напряжений в стальных балках с шахматной перфорацией стенки72
2.5. Обеспечение общей устойчивости стальных балок с шахматной перфорацией стенки 79
2.6. Обеспечение местной устойчивости сжатого пояса стальных балок с шахматной перфорацией стенки 81
2.7. Обеспечение местной устойчивости стенки стальных балок с шахматной перфорацией стенки 86
2.8. Выводы по результатам теоретических исследований перфорированных балок 95
3. Экспериментальные исследования стальных балок с шахматной перфорацией стенки
3.1.Задачи исследования 98
3.2. Планирование эксперимента 99
3.2.1. Выбор экспериментального метода 100
3.2.2. Определение числа испытываемых моделей 103
3.2.3. Проектирование испытываемых моделей 104
3.2.4. Результаты предварительного расчета балок. 109
3.2.5. Установка для испытаний балок 117
3.2.6. Измерительные приборы, их расстановка и крепление 119
3.3.Проведение испытаний 123
3.7.Результаты экспериментальных исследований и их анализ 124
3.5. Выводы по результатам экспериментальных исследований перфорированных балок 140
4. Внедрение и технико-экономические показатели балок с шахматной перфорацией 141
Основные результаты и выводы 147
Список литературы 150
Приложения 160
- Отечественный опыт применения конструкций с перфорированной стенкой
- Численное исследование напряженно-деформированного состояния балок с шахматной перфорацией
- Обеспечение местной устойчивости сжатого пояса стальных балок с шахматной перфорацией стенки
- Измерительные приборы, их расстановка и крепление
Введение к работе
Актуальность работы
Эффективность прокатных балок можно увеличить без дополнительного расхода металла, только за счет изменения высоты стенки. Удачной реализацией такой идеи являются так называемые развитые балки. Несложные операции роспуска стенки по ломаной линии, раздвижки получившихся частей с последующей сваркой их по выступам позволяют значительно увеличить высоту балки по сравнению с исходным профилем. Такие конструкции принято называть профилями с перфорированной стенкой или просто перфорированными балками. В зависимости от очертания линии реза различают сквозные двутавры с линейной, шахматной или раскосной перфорацией стенки.
Несущая способность изгибаемых перфорированных конструкций в 1,3-1,5 раза превышает несущую способность исходных профилей за счет увеличения моментов инерции в 1,5-2,0 раза. Эти качества, в сочетании с компактностью, высокой степенью транспортабельности и приспособленности к автоматизированному изготовлению делают их конкурентоспособными с решетчатыми конструкциями. Двутавры с перфорированной стенкой обеспечивают 25-30% экономии металла по сравнению с прокатными двутаврами такой же высоты и дешевле последних на 15-25%. По трудоемкости изготовления они на 25-35% эффективнее сварных двутавров.
Перфорированные балки являются экономичными в том случае, когда дополнительные расходы на изготовление перекрываются стоимостью сэкономленного металла. До появления скоростной высокоточной резки металла процесс их изготовления был весьма трудоемким, что ставило под сомнение экономичность применения таких балок. Современная техника резки и сварки (плазменная, лазерная) позволяет достаточно быстро и качественно изготовлять перфорированные конструкции с минимальными трудозатратами.
Профили с перфорированными стенками используются в производственных зданиях в качестве ригелей и прогонов покрытий, балок перекрытий рабочих площадок, в крановых конструкциях легких режимов работы, в мостах малых пролетов, в качестве элементов каркаса градирен, в шедовых покрытиях, в колоннах и ригелях рамных конструкций.
Особый интерес вызывают развитые балки, в которых пустоты стенки распределены в два ряда. Такие балки в ряде работ получили название конструкций с шахматной перфорацией. Термин «шахматная перфорация» прочно вошел в строительную литературу. Конструкции с шахматной перфорацией имеют преимущество перед элементами с другими видами перфорации, поскольку их жесткость постоянна по всей длине элемента.
Недостатками перфорированных балок являются концентрация напряжений в сварных швах и углах сквозных отверстий, а также наличие ослабленных зон, которые могут потерять устойчивость.
Перфорированные балки с линейной перфорацией изучены настолько, что методика их проектирования и расчета включены в действующие нормы. Балки с шахматной перфорацией не изучены в достаточной степени и нуждаются в дополнительных исследованиях для обеспечения их надежности.
Развитие вычислительной техники и пакетов прикладных программ позволяет исследовать пространственные конечно-элементные модели перфорированных балок, что дает возможность детально изучить НДС конструкции и проводить инженерные расчеты с высокой точностью.
Целью диссертационной работы является исследование балок с шахматной перфорацией стенки.
При этом решены следующие задачи:
- Повышение эффективности балок с шахматной перфорацией стенки.
- Изучена возможность применения конструкций с шахматной перфорацией при действии локальных неподвижных нагрузок.
- Изучена действительная работа балок под нагрузкой и на основе этого разработаны практические рекомендации по проектированию изгибаемых конструкций с шахматной перфорацией стенки.
Научная новизна работы:
- расчетным путем, на основе анализа КЭ моделей, исследовано напряженно-деформированное состояние балок с шахматной перфорацией стенки, определены конструктивные ограничения, обеспечивающие местную устойчивость, и в результате этого получена новая конструкция — балка с нерегулярной шахматной перфорацией стенки, т.е. балка у которой сквозные отверстия имеют неодинаковую ширину по высоте стенки;
- расчетно-экспериментальным путем выявлено напряженно-деформированное состояние балок с нерегулярной шахматной перфорацией стенки, на основе которого получены рациональные параметры реза исходных прокатных профилей;
- разработаны объемные конечно-элементные модели балок с шахматной перфорацией стенки, позволяющие получить новые данные об их напряженно-деформированном состоянии.
Практическая значимость работы заключается в разработке инженерной методики прочностного расчета и рекомендаций по проектированию и расчету стальных балок с шахматной перфорацией стенки, что позволяет экономить материал и затраты на изготовление по сравнению с аналогичными типовыми конструкциями.
Внедрение результатов работы
Результаты исследований и метод инженерного расчета стальных балок с нерегулярной шахматной перфорацией стенки использованы при разработке проектно-конструкторской документации по реконструкции производственного корпуса ООО «Владимирское молоко». Разработанные развитые балки с нерегулярной шахматной перфорацией стенки применены в конструкции светового фонаря ОТК «Северная линия торговых рядов» в г. Владимире в качестве основных несущих конструкций катучих мостовых площадок обслуживания свегопрозрачного покрытия комплекса.
Апробация работы
Результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались:
- на научно-технической конференции «Итоги строительной науки -2003» ВлГУ, Владимир, 2003;
- на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и студентов «Архитектура и строительство - 2004», ННГАСУ, Нижний Новгород, 2004 г.
На защиту выносятся:
- новая конструктивная форма балок с нерегулярной шахматной перфорацией стенки;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния изгибаемых элементов с шахматной перфорацией стенки;
- методика расчета балок с шахматной перфорацией стенки.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 185 страниц, в том числе 67 рисунков, 10 таблиц, библиографический список, включающий 97 наименований, и 7 приложений.
Отечественный опыт применения конструкций с перфорированной стенкой
Начало применения перфорированных конструкций в России относится к концу 40-х годов 20-го столетия. В период, когда толстолистовая сталь поставлялась для нужд капитального строительства в ограниченных количествах, в Ленинградском отделении ЦНИИпроектстальконструкция были запроектированы конструкции с использованием сквозных двутавров. Рекомендации по расчету, конструированию и изготовлению этих конструкций с описанием опыта их применения приведены в работе М.Б. Солодаря «Стальные балки увеличенной высоты из прокатных двутавров» (1952 г.). Несмотря на значительную экономию стали их применение сдерживалось из-за трудности изготовления [12].
В СССР в ЦНИИПСК, ВНИИмонтажспецстрое, ВНИКТИстальконструкции и ЦНИИЭПсельстрое изобретатели П. Латышев, В. Чернашкин, Ю. Чернов, Ю. Сергеев, А. Руссоник провели исследование по разработке технологии изготовления балок. Эти исследования позволили предложить способ и оборудование для изготовления балок, не допускающие деформации в процессе резки профиля и исключающие тем самым правку половин перед сборкой. С этой целью полки прокатного профиля до резки прикрепляются к продольным жестким элементам, и все последующие операции по резке, сборке и сварке производят вместе с этими элементами, обеспечивающими прямолинейность половин профиля в течение всего технологического процесса. Полученные таким образом балки не имели отклонений, превышающих допустимые по СНиП II-I.8-75 Стальные конструкции. По сравнению с зарубежными, данная поточная линия занимала меньшую площадь и позволяла выполнять сборку без отходов металла [13,14,15,16]. В 1972 году в ЦНИИСК разработана поточная линия, отличающаяся от известных аналогов большей степенью автоматизации процессов сборки и сварки, а также отсутствием отходов, получаемых от смещения половин относительно друг от друга. Кислородная резка выполнялась по программе, которая допускала как изменение размеров обрабатываемых балок, так и рисунка реза. В поточной линии предусматривается специально разработанный технологический процесс, позволяющий вести одностороннюю сварку состыкованных половин [17].
В 1974 году в ВНИИмонтажстрое была разработана поточная линия, которая включала механизированное сборочное устройство-манипулятор. По сравнению с зарубежными, данная поточная линия занимала меньшую площадь и позволяла выполнять сборку без отходов металла [18].
Разработанные впоследствии в 1976 году «Рекомендации по изготовлению сквозных развитых по высоте балочных профилей для строительных конструкций» обобщают отечественный и зарубежный опыт изготовления поточных линий [19].
Широкое применение перфорированных балок в строительстве началось в начале 60-х годов, когда были освоены первые поточные линии.
С начала 60-х годов по разработкам института ВНИИПТМАШ краностроительные заводы изготовляют подвесные краны с несущими сквозными балками из горячекатаных двутавров М (ГОСТ 19425-74) [20]. Балки со сквозной стенкой широко используются в нашей стране и за рубежом в качестве несущих балок подвесных кранов с пролетами до 12 м. Их работа принципиально не отличается от работы путей подвесного транспорта, выполненных из сплопшостенчатых двутавров. Особенно эффективны предложенные и разработанные в ЦНИИпроектстальконструкции сквозные балки, составленные из двух частей двутавров разных профилеразмеров и марок стали. В ЦНИИпроектстальконструкции разработаны технические решения путей подвесных кранов пролетом 12 м из прокатных двутавровых балок со сквозной стенкой. В основу рассмотренных вариантов подвесных путей положены сквозные балки, образованные в результате роспуска стенки прокатных двутавров, раздвижки полученных половин двутавров и сварки их по выступам стенки (такие балки называют также развитыми двутаврами). Балки выполнялись бистальными: верхняя часть из стали класса С38/23(С235); нижняя часть из стали класса С46/33(С275). Разработаны три варианта путей подвесных кранов (см. рисунок 1.1). Вариант 1 (Ш+М) — сквозная балка. Верхняя часть пути — из прокатного широкополочного двутавра Ш по ТУ 14-2-24-72 (сталь ВСтЗпсб). Нижняя часть — из двутавра М для подвесных путей по ГОСТ 19425-74 (сталь 09Г2С-12). Вариант 2 (М+М+Л) - сквозная балка, усиленная горизонтальным листом. Верхняя часть — из дутавра М для подвесных путей по ГОСТ 19425-74 с усиливающим горизонтальным листом из стали ВСтЗпсб. Нижняя часть — из половины двутавра М для подвесных путей по ГОСТ 19425-74 (сталь 09Г2С-12). Вариант З (Б+М+Л) - сквозная балка, усиленная горизонтальным листом. Верхняя часть — из широкополочного двутавра Б по ТУ 14-2-24-72 с усиливающим горизонтальным листом по стали ВСтЗптб. Нижняя часть — из двутавра М для подвесных путей по ГОСТ 19425-74 (сталь 09Г2С-12). В основу оценки эффективности подвесных путей были положены «Рекомендации по определению технико-экономических показателей при сравнении вариантов стальных конструкций промышленных зданий в процессе проектирования» (ЦНИИпроектстальконструкция, выпуск ОТЭИ-346). Сравнение показало, что для кранов грузоподъемностью 1.2 т наименьший расход металла (на 5-10%) характерен для варианта 3.
Численное исследование напряженно-деформированного состояния балок с шахматной перфорацией
Перфорированные кран - балки имеют большой резерв по обеспечению местной устойчивости сжатого пояса. Это объясняется тем, что допустимый прогиб (f L/500) мал, и напряжения, влияющие на потерю местной устойчивости, не достигают критической величины. Определяющими в выборе глубины реза являются максимальные напряжения, находящиеся в углах отверстий, под которыми приложена нагрузка, поэтому нижнюю часть рекомендуется делать более прочной, т.е. выбирать для нее меньшую относительную глубину реза. Нужную высоту балки можно получать за счет увеличения а для верхней части балки.
Для изучения балок с шахматной перфорацией стенки были созданы и исследованы объемные конечно-элементные модели, максимально приближенные к натуральным конструкциям (рис.2.2-2.13). Наличие в стенках таких балок многогранных отверстий требует проведения дополнительных исследований.
Аналитическое решение для перфорированных балок ведет к составлению и решению дифференциальных уравнений с очень сложными граничными условиями; решение усложняется наличием многосвязных контуров. Совершенно естественным является использование численных методов решения. Методы диакоптики, для которых имеется достаточная программная база, реализуют, в основном, различные варианты метода сеток, метод конечных элементов и метод граничных элементов. По-видимому, наиболее приемлемым к реальным конструкциям служит метод конечных элементов, в котором анализируются отдельные, достаточно малые части конструкции с их действительными физическими и геометрическими характеристиками, а условиями правильной «сшивки» в исходную модель являются условия неразрывности деформаций. В данной работе использованы объемные симплекс-элементы с точным соблюдением условий неразрывности в узловых точках и линейным распределением перемещений между ними (Solid). Сходимость результатов обеспечивалась возможностями программного комплекса (ПК) COSMOS/M (приложение 3) и многократными тестовыми прогонами ряда решенных задач, выбранных в качестве эталонов.
Численный анализ напряженно-деформированного состояния включает следующие задачи: 1. определение прогибов балки/; 2. определение напряжений Ox, Оу, Oz Тху, Txz, Tzy, по длине балки; 3. определение напряжений Ох, Оу, Oz, Тху, Txz, Tzy, в зонах окаймляющих отверстия; 4. исследование напряженного состояния в зоне опор. Современные методы расчета конструкций развиваются, в основном, по пяти главным направлениям. Первое из них — максимальное приближение расчетной схемы к действительной конструкции. Второе - это учет пространственного характера работы конструкций. Третье — стремление к расчету конструкций на всех стадиях. Четвертое — учет специфики материала, ее влияние на несущую способность, напряженность и деформативность. Пятое — приспособление методов расчета к требованиям вычислительной техники.
Для исследования напряженного состояния были созданы три типа компьютерных моделей балок, имеющих разное назначение, а, следовательно, и разный тип нагружения. Эти модели: второстепенная балка, главная балка, кран - балка с ездой понизу.
В качестве первой расчетной модели была выбрана балка, раскроенная из двутавра 35Б1 длиной 12 м. Балка изготовлена из стали класса С235, расчетное сопротивление на растяжение, сжатие и изгиб - 230МПа, на срез -130 МПа. Относительная глубина реза а = 0.80, высота готовой балки 0.54м. В опорной зоне балка укреплена ребрами жесткости. По всей длине балки приложена равномерно распределенная нагрузка равная 800 кг/м. Приопорная зона (К) равна 0.55 м, т.е. высоте балки. Крайние отверстия расположены в растянутой зоне и имеют длину перфорации 0.25м. Верхние отверстия, т.е. отверстия в сжатой зоне балки имеют длину перфорации 0.60м, а нижние - 0.70м. Длина перфорации сжатой зоны (0.60м) была выбрана не случайно. Предварительный расчетный анализ этой модели позволил определить оптимальную длину перфорации, при которой балка удовлетворяла бы условиям прочности и местной устойчивости (см. табл.2.5). асж ДД11113 перфорации сжатой зоны; Von Mises — максимальные напряжения по Von Mises; jcmax» jrmin " максимальные продольные напряжения; vmin» vmin " максимальные поперечные напряжения; max» хутш " максимальные касательные напряжения; асж доп - допустимая длина перфорации сжатой зоны, полученная из расчета на местную устойчивость. Объемная расчетная конечно-элементная модель состоит из 8616 элементов и 18672 узлов. Исследование результатов напряженно-деформированного состояния балки при расчетной нагрузке 800 кг/м, показали следующую картину распределения нормальных и касательных напряжений (рис.2.2.-2.5.): прогиб балки равен 0.0475, что составляет 0.99/доп; максимальные напряжения поясов балки в середине пролета составляют в сжатой зоне стх = 0J2Ry, в растянутой зоне тх — 0.68/2 .
Обеспечение местной устойчивости сжатого пояса стальных балок с шахматной перфорацией стенки
Данный способ является приближенным, так как не учитывает полного напряженного состояния конструкции.
В соответствии с теорией, изложенной в работах Б JB. Лампси, наиболее точным решением задачи местной устойчивости является такое решение, при котором учитывается полное напряженное состояние конструкции. Расчет предлагается проводить методом конечных разностей. Этот метод дает удовлетворительное совпадение с экспериментом [67].
Проведена численная проверка местной устойчивости стенки методом конечных элементов. Ослабленная часть стенки перфорированной балки рассмотрена как пластина переменной ширины, а воздействие на нее остальной части балки заменено соответствующими усилиями, полученными из расчета целой балки.
В программах ANSYS, COSMOS/M, NASTRAN используются два метода оценки местной устойчивости: нелинейный анализ и анализ собственных значений. Эти два метода часто приводят к немного разным результатам, т.к. между ними существуют различия.
Нелинейный анализ представляет собой более точный подход к решению проблемы и поэтому рекомендуется для расчета реальных конструкций. Метод сводится к проведению нелинейного статического анализа при постоянно возрастающей нагрузке и определению такого ее уровня, который обнаруживает неустойчивое состояние конструкции. Расчетная модель может включать начальные несовершенства, пластическое поведение материала, зазоры и большие перемещения. Нелинейный анализ устойчивости — это, в сущности, исследование влияния больших смещений. Кроме того, используя процедуру контролируемого смещения при нагружении, можно проследить поведение конструкции в новом устойчивом состоянии (например, «прощелкивание» оболочек).
Анализ собственных значений предсказывает теоретическое значение критической нагрузки для идеальной линейной упругой конструкции (появление смежных равновесных форм в точке бифуркации). Следует иметь в виду, что линейный подход не может учесть нелинейности любого рода и несовершенства системы. Эти факторы, если они присутствуют в реальной конструкции (а они обычно имеются), приводят к снижению нагрузок, полученных в линейном случае. Вместе с тем, линейный анализ весьма эффективен и потому требует относительно немного компьютерного времени по сравнению с нелинейным подходом. Его полезно использовать для изучения общего поведения конструкции перед выполнением нелинейного анализа устойчивости или перед серьезным исследованием.
Результат оценки устойчивости стенки балки методом собственных значений в программе COSMOS/M приведен на рис.2.29. Метод конечного элемента дает расхождение результатов 13-18% (в меньшую сторону) по сравнению с 2.7.12.
Выбор параметров реза в значительной мере определяет эффективность перфорированной балки. Несущую способность и жесткость такой балки, в основном, определяют высота полученного сечения, длина ослабленных участков стенки и их расположение. Основные затраты при изготовлении балок связаны с длиной линии реза и длиной сварных швов, соединяющих части перфорированной балки. При увеличении длины перфорации а уменьшается длина сварки и длина реза. При уменьшении длины перфорации возрастает предельное усилие. Однако размер а не может уменьшаться беспредельно, так как она является основным параметром, который влияет на стоимость конструкции. Определение параметров реза у балок с шахматной перфорацией стенки состоит в нахождении главных варьируемых параметров, дающих максимальную несущую способность. Таким образом, чтобы получить перфорированную балку минимальной стоимости, длина резки, длина сварных швов и количество свариваемых участков должны приниматься как можно меньшими. Однако уменьшение стоимости изготовления не должно привести к существенному уменьшению несущей способности.
Сжатый пояс перфорированной балки может потерять местную устойчивость. Часто критерием выбора длины перфорации является расчет на местную устойчивость. В таких случаях длину реза и сварки можно уменьшить за счет увеличения длины перфорации растянутой зоны. Предлагаемая конструкция — сквозная балка с нерегулярной шахматной перфорацией стенки более экономична по стоимости изготовления, чем балка с регулярной шахматной перфорацией, поскольку уменьшается длина реза и длина сварки за счет увеличения пшрины нижнего отверстия. Для изучения балок с шахматной перфорацией стенки были созданы и исследованы конечно-элементные модели, максимально приближенные к натуральным конструкциям. Проведенные исследования показали: — перфорированные балки с нерегулярной шахматной перфорацией стенки целесообразно изготовлять из двутавров типа Б и Ш (ГОСТ 8239-89); - оптимальной относительной глубиной реза для вспомогательных балок с шахматной перфорацией является 0,75-0,80 (предельный прогиб f L/250). Критерием выбора асж является расчет на местную устойчивость, для араст - максимальные напряжения в углах сквозных отверстий; — оптимальной относительной глубиной реза для главных балок с шахматной перфорацией является 0,80-0,90 (предельный прогиб f L/400). Критерием выбора асж (в зависимости от гл. реза) является расчет на местную устойчивость и максимальные напряжения в углах сквозных отверстий; -перфорированные кран - балки имеют большой резерв по обеспечению местной устойчивости. Это объясняется тем, что предельный прогиб (f L/500) мал и напряжения, влияющие на потерю местной устойчивости, не достигают критической величины. Определяющими в выборе глубины реза являются максимальные напряжения в углах отверстий, под которыми приложена нагрузка, поэтому нижнюю часть рекомендуется делать более массивной, т.е. выбирать для нее меньшую относительную глубину реза а. Нужную высоту балки можно получать за счет увеличения а для верхней части балки. Нерегулярную шахматную перфорацию применять для кран-балок с ездой понизу нецелесообразно. С целью подтверждения теоретических расчетов подготовлена экспериментальная часть исследований.
Измерительные приборы, их расстановка и крепление
Не удалось экспериментальным путем определить зоны пластических деформаций при нагрузке 0.66Fpa3p. На то существует ряд причин: 1) сварной шов имеет утолщение, что не учитывается в конечно-элементной объёмной модели; 2) датчик невозможно поставить на сварной шов из-за его неровности, а срезать шов - значит ослабить его и получить искаженные данные; 3) датчик устанавливается рядом со сварным швом, а там напряжения имеют меньшие значения, чем в самом шве (разница между теоретическими и экспериментальными напряжениями составляет 10-15%); 4) углы отверстий не имеют такого четкого угла как в компьютерной модели, они немного скруглены, что способствует уменьшению концентрации напряжений. Поэтому конечно-элементные объёмные модели дают некоторое завышение напряжений по сравнению с реальными конструкциями; 5) датчик с базой 10 мм не может уловить зону высоких напряжений, пока эта зона очень мала по сравнению с датчиком. Результаты испытаний балок 1-ой и П-ой серий подтвердили принятый при теоретических исследованиях характер работы балки. По результатам экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы: L Расчет сквозной с перфорированной стенкой балки методом конечных элементов дает удовлетворительные совпадения с экспериментом. 2. Прогибы и напряжения в середине пролета, определенные методом конечного элемента, на 95-97% совпадают с напряжениями и прогибом в реальных конструкциях. 3. Значения напряжений в углах отверстий и сварных швах, полученные методом МКЭ, дают 15-30% завышения по сравнению с экспериментальными. 4. Расчет перфорированной балки на местную устойчивость методом конечных элементов дает удовлетворительные совпадения с экспериментом с точностью 93-96%. 5. Зависимость 2.6.3, полученная по формулам СНиП П-23-81 Стальные конструкции, дает завышение нагрузки на 5-10% по сравнению с результатами конечно-элементного расчета, что подтверждают экспериментальные исследования. 6. Ограниченные дефекты, полученные при изготовлении балки (плохой провар одного или двух швов, небольшое искривление стенки 1-3%) не приводят к серьёзным нарушениям работы балки и моментальному крушению конструкции. Разработанные сквозные развитые балки с нерегулярной шахматной перфорацией стенки применены в производственном корпусе ООО «Владимирское молоко» г. Владимира при реконструкции здания в качестве элементов усиления. Для усиления ригеля требовалась балка с моментом сопротивления как у двутавра № 30Б1, но гораздо меньшей массы. Для этой цели удачно подошла и была запроектирована балка с нерегулярной шахматной перфорацией стенки, раскроенная из двутавра № 23Б1 (см. приложение 5). При пролете 4.7 м балка с шахматной перфорацией стенки изготовленная из двутавра №23Б1 на 423 кг (на 28%) легче обычной балки из двутавра №30Б1. При подсчете трудоемкости изготовления стальных балок с шахматной перфорацией стенки к слагаемым трудоемкости (трудоемкости обработки, сборки, сварки) добавлена трудоемкость раскроя для случая механизированной резки газорезательными машинами. При этом учтено, что при сварке, разделку кромок свариваемых встык элементов, выполнять не потребуется, так как полуавтоматическая или автоматическая сварка элементов встык толщиной до 12-20 мм выполняется без разделки кромок (указанные толщины охватывают весь диапазон толщин стенок прокатных двутавров, используемых для изготовления стальных балок с шахматной перфорацией стенки). Стоимость одной балки пролетом 4.7 м изготовленной из двутавра №30 в деле составляет 25.44 коэф. рубля. Стоимость одной перфорированной балки пролетом 4.7 м раскроенной из двутавра № 23, в деле составляет 20.1 хкоэф. рубля. Итого: экономия составляет 5.34хкоэф. рубля, т.е. 21%. Экономия в изготовлении балки с нерегулярной шахматной перфорацией составляет 5.16 % по сравнению с изготовлением балки с регулярной шахматной перфорацией, за счет уменьшения длины реза — 8% и сварных швов - 19%. Разработанные развитые балки с нерегулярной шахматной перфорацией стенки применены в конструкции фонаря ОТК «Северной линии Торговых рядов» в г. Владимире в качестве балки подвесной площадки. Для устройства передвижной площадки требовались две балки пролетом 10.7 м с моментом сопротивления как у двутавра №50Б2, но гораздо меньшей массы. Для этой цели были запроектированы две балки с нерегулярной шахматной перфорацией, раскроенных из двутавра №35Б2 (см. приложение 6). При пролете 10.7 м балка с нерегулярной шахматной перфорацией стенки изготовленная из двутавра №35Б2 на 678 кг (на 39%) легче обычной балки из двутавра №50Б2. При использовании балок с шахматной перфорацией в каркасах промышленных и сельскохозяйственных зданий экономия достигает 25% по следующим причинам: 1) экономия материала; 2) ввиду меньшего веса балок (26-38%) уменьшается нагрузка на стойки, а стало быть, и на фундаменты; 3) экономия транспортных расходов; 4) при механизированном поточном изготовлении стоимость балки снижается.
Похожие диссертации на Прочность и устойчивость стальных изгибаемых элементов с регулярной и нерегулярной шахматной перфорацией стенки
