Введение к работе
Актуальность темы. Сплошностенчатые сварные двутавровые балки являются наиболее массовый видом конструкций покрытий и перекрытий, что обусловлено их высокой технологичностью и конструктивной проототой. Одним иа существенных недостатков таких балок является их высокая материалоемкость, снижение которой может быть обеспечено за счет уменьшения толщины стенки, что выдвигает на первый план проблему ее местной устойчивости. Одним из вариантов увеличения жесткости стенки является нанесение периодических закрытых гофров. Листовые профили, усиленные таким образом, получили название, пришедшее в строительство из черной металлургии, как профили высокой жестхости.
Профиль высокой жесткости представляет собой стальной лист, на котором путем местной вытяжки металла отформованы периодически повторяющиеся гофры, по длине концы которых аа-глушиваются либо наклонной плоскостью, либо криволинейной поверхностью. Гофры могут быть полукруглыми, трапециевидными, треугольными или другого очертания; высотой от 10 до 50 мм. При ооадании профили высокой жестхости были преднаеначены для работы в конструкциях, выдерживающих большие статические и динамические нагрузки в процессе эксплуатации. В настоящее время они о большим экономическим эффектом применяются в транспортном машиностроении, краностроошш и автомобилестроении. Использование профилей высокой жесткости в строительных конструкциях позволит добиться экономического эффекта также и в строительстве.
Цель диссертационной работы. Разработка параметров гофрировки стенок балок периодическими закрытыми гофрами и методов их расчета на основе экспериментально-теоретических исследований.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
-
Экспериментальное исследование устойчивости стенки изгибаемой балки, укрепленной периодическими закрытыми гофрами.
-
Разработка методики проектирования и расчета предлагаемых балок на основе теоретического исследования их напря-
женного состояния.
3. Технико-экономический анализ исследуемых балочных конструкций.
В качестве методов исследования приняты:
экспериментальное исследование натурных образцов балок с периодическими закрытыми гофрами в условиях статического на-гружения;
теоретическое исследование экспериментальных балок методом конечных элементов;
теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния балок с наиболее эффективными вертикальными периодическими гофрами на основе теории конструктивно-ортотропных пластин.
Объект исследования - сварные балочные строительные конструкции, в качестве стенки которых использованы профили высокой жесткости. Поперечное сечение исследуемых гофров образовано тремя сопрягапцииися дугами. Концы гофров по длине заглуши-ваются криволинейной поверхностью.
Научная новизна работы состоит в том, что автором впервые:
разработаны новые сварные балочные строительные конструкции с применением профилей высокой жесткости в качестве стенки балки (а.с.№ 1275078), менее металлоемкие и более технологичные, чем традиционные;
впервые экспериментально и теоретически определено, что вертикальное направление периодических закрытых гофров стенки более эффективно, чеы горизонтальное, наклонное, зигзагообразное, концентрическими квадратами;
получены выражения для вычисления упругих постоянных пластинки с гофром, аппроксимированной фиктивной ортотропной пластинкой;
выявлено, что периодические закрытые вертикальные гофры стенки балки повышают ее несущую способность в среднем на 3606;
впервые разработана упрощенная методика расчета сечений изгибаемых балок с периодическими вертикальными гофрами и их параметров.
Практическое значение работы заключается в разработке
методики расчета балок с периодическими закрытыми гофрами и рекомендаций по использованию их в качестве прогона для покритий производственных зданий с кровлей уклоном 1,556 и 2,5 го стальному профилированному настилу. Использование методики расчета и рекомендаций при проектировании балок обеспечит снижение их металлоемкооти и трудоемкости изготовления.
Внедрения результатов исследования.
Разработанная методика расчета балок с периодическими закрытыми гофрами, а также результаты экспериментальных исследований использованы при разработке типовых решений арочных зданий многоцелевого назначения, внедряемых в настоящее время в массовое строительство и, в частности, при создании тонкостенных прогонов этих зданий. В 1994 г. принято к производству 2500 п.м таких прогонов.
Результаты работы внедрены институтом "ВДИИпроектсталь-конструкция" при разработке горячекатаных двутавров с волнистой стенкой, а также при выполнении рабочих чертежей КМ выпуска 11-2625 "Прогоны с периодически гофрированной стенкой пролетом 12 м для зданий с расчетной температурой -40С и выше". Типовая серия УЦНИИпроектстальконструкция. - М., 1990, - 13 с.
Автор выносит на защиту;
решение проблемы совершенствования сварных балочных строительных конструкций на основе исследований повышения жесткости тонких стенок периодически повторяющимися гофрами, создание на этой основе более экономичной конструктивной формы балок;
результаты экспериментальных исследования напряженно-деформированного состояния стенки балки с периодическими гофрами;
выражения для упругих постоянных пластинки с гофром;
рекомендации по расчету и проектированию балок с вертикальными периодическими закрытыми гофрами;
новые эффективные конструкции прогонов с применением профилей высокой жесткости с улучшенными конструктивными, экономическими и технологическими характеристиками.
Апробации работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на научно-технической конференции молодых
специалистов и ученых "Повышение эффективности и совершенствование проектирования, исследований, изготовления и монтажа металлоконструкций" (г.Магнитогорск, 1987 г.), на Четвертой республиканской научно-технической конференции по металлическим конструкциям "Развитие, совершенствование и реконструкция специальных сварных стальных конструкций зданий и сооружений" (г.Симферополь, 1968 г.), на Всесоюзном совещании "Комплектные здания из легких металлических конструкций" (г.Молодечно, 1988 г.), на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Освоение производства прогрессивных видов прокатной продукции в условиях хозрасчета" (г.Москва, ВДНХ СССР, 1989 г.), на 10-ой международной специальной конференции по холодноформованным стальным конструкциям (США, г.Сан-Дуис, 1990 г.).
Публикации. Результаты выполненных в диссертационной работе исследований опубликованы в девяти статьях и одном авторском свидетельстве.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (117 наименований) и 4-х приложений. Она содержит 123 страницы машинописного текста,' II таблиц, 83 рисунка и 22 страницы приложений.