Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Егоров Павел Иванович. Исследование напряженно-деформированного состояния стальных балок и колонн из двутавра с тонкой гофрированной стенкой : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.01 / Егоров Павел Иванович; [Место защиты: Орлов. гос. техн. ун-т].- Хабаровск, 2010.- 216 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/2223


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 8

1.1 Краткая история развития теории и практики проектирования
двутавровых стержней с гофрированной стенкой 9

  1. Краткий обзор работ по устойчивости гофрированных и конструктивно-ортотропных пластинок и цилиндрических панелей 24

  2. Выводы по главе 32

2. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСИЛИЯ И НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕМЕНТАХ
СЕЧЕНИЯ ДВУТАВРОВЫХ БАЛОК И КОЛОНН С РАЗЛИЧНЫМИ
ПРОФИЛЯМИ ГОФРОВ 33

  1. Геометрические характеристики сечения 34

  2. Секториальные характеристики сечения 60

2.3 Основные (балочные и рамные) усилия в балках и колоннах с
гофрированной стенкой 66

  1. Дополнительные усилия от балочного изгибающего момента 67

  2. Дополнительные усилия от балочного перерезывающего усилия 79

  3. Дополнительные усилия от продольного осевого усилия в стержне 94

  4. Дополнительные усилия от погонной поперечной нагрузки на стержень.... 95

  5. Усилия от сосредоточенного крутящего момента 96

  6. Напряжения от дополнительных усилий в поперечном сечении стержня.... 99

2.10 Выводы 100

3. ОБЩАЯ И МЕСТНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ, ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ПРОЧНОСТИ И ЖЕСТКОСТИ ГОФРИРОВАННЫХ БАЛОК И КОЛОНН

С РАЗЛИЧНЫМИ ПРОФИЛЯМИ ГОФРОВ ПРИ СЖАТИИ И ИЗГИБЕ 103

  1. Общее решение 103

  2. Критическое состояние гофрированного стержня при центральном его сжатии 109

  3. Критическое усилие изгиба гофрированного стержня 114

  4. Критическое состояние внецентренно сжатого гофрированного стержня .116

  1. Выводы по общей устойчивости гофрированных балок и колонн 123

  2. Устойчивость стенки 124

  1. Обеспечение общей устойчивости стенки 124

  2. Обеспечение местной устойчивости стенки 137

  3. О работе гофрированной стенки стержня на сжатие (растяжение) 140

  1. Обеспечение местной устойчивости сжатого пояса 141

  2. Выводы по местной устойчивости элементов гофрированных стержней .. 148

  3. Обеспечение прочности элементов сечения стержня 150

3.10 Обеспечение жесткости стержня 152

4. ОЦЕНКА УСИЛИЙ ЧИСЛЕННЫМ И НАТУРНЫМ
ЭКСПЕРИМЕНТАМИ ГОФРИРОВАННОЙ БАЛКИ С РАЗЛИЧНЫМИ
ПРОФИЛЯМИ ГОФРОВ 154

4.1 Краткая методика численного эксперимента 154

4.2 Результаты сравнения численного эксперимента с теоретическими
расчетами 157

  1. Краткая методика описаний натурного эксперимента 159

  2. Содержание и результаты испытаний 162

  3. Выводы по главе 166

5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ПРОФИЛЕЙ В
ГОФРИРОВАННЫХ БАЛКАХ И КОЛОННАХ 167

  1. Снижение расхода материала в стержне при его работе на изгиб 167

  2. Снижение расхода стали в стержне при его работе на осевое сжатие и сжатие с изгибом 172

5.3 Выводы по главе 176

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 178

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 180

ПРИЛОЖЕНИЕ Алгоритм расчета простейших стержневых конструкций из

двутавра с различными профилями гофров 191



Введение диссертации:

Актуальность работы. В работе решается проблема повышения эффективного использования металла в стержневых конструкциях двутаврового сечения с гофрированной стенкой, выражающаяся в применении оптимальной формы профиля гофров в зависимости от работы конструкции при повышении несущей способности или снижения материалоемкости конструкции при сохранении прежней несущей способности.

На сегодняшний день расчет и проектирование конструкций с гофрированной стенкой производится приближенными методами, не учитывается форма профиля гофров при определении дополнительных изгибно-крутящих усилий, возникающих из-за смещения центра тяжести поперечного сечения с оси стержня, а также нет универсальной методики определения геометрических размеров поперечного сечения и гофров стенки из условий прочности, местной и общей устойчивости для треугольного или трапециевидного профиля.

В связи с этим, разработка универсальной методики расчета и проектирования двутавровых стержневых конструкций с различными треугольными и трапециевидными профилями гофров стенки представляется актуальной.

Цель работы. Исследование влияния формы профиля гофров стенки двутавровых конструкций на напряженно-деформированное состояние для выявления потенциальных возможностей сечения изгибаемых, центрально и вне-центренно сжатых гофрированных стержневых конструкций путем применения оптимального профиля.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

Разработка теоретически обоснованного универсального метода определения дополнительных усилий в элементах балочных и рамных гофрированных конструкций с различным типом профилей гофров;

Разработка теоретически обоснованного универсального способа описания критического состояния при расчете на общую и местную устойчивость с учетом действия дополнительных усилий при различных профилях гофров,

а также определение рациональных размеров поперечного сечения и гофров стержневых конструкций из гофрированного двутавра;

Сравнительная оценка результатов расчета гофрированных балок инженерным методом с результатами численного эксперимента модели, полученной с использованием метода конечных элементов, и с экспериментальными данными натурного образца металлической балки;

Обоснование области эффективного применения различных профилей гофров стенки в изгибаемых, центрально и внецентренно сжатых гофрированных двутавровых стержневых конструкций.

Научная новизна работы:

впервые предложено универсальное уравнение непрерывного описания гофров с ломаным профилем, а также теоретически обосновано влияние размеров гофров треугольного и трапециевидного профилей на дополнительные изгибно-крутящие усилия в гофрированных конструкциях;

экспериментально подтверждена методика теоретического описания напряженного состояния фрагментов гофрированных балок;

описаны критические состояния стержневых конструкций и элементов их сечения из гофрированных двутавров при треугольных и трапециевидных гофрах в них;

установлены эффективные области применения двутавра с треугольным и трапециевидным профилем гофров в стенке в качестве балок, центрально и внецентренно сжатых колонн.

Достоверность результатов. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована теоретическими разработками, базирующимися на теории расчета тонкостенных упругих стержней проф. В.З. Власова и подтверждена численным и натурным экспериментом в части описания напряженного состояния произвольного сечения гофрированной балки с треугольным профилем гофров в стенке.

Практическая ценность работы:

определена целесообразность использования одного из типов профиля гофров стенки в гофрированных стержневых конструкциях при заданных условиях эксплуатации;

предложена инженерная методика описания напряженного, деформированного и критического состояния изгибаемых и сжатых двутавровых стержневых конструкций с гофрированной стенкой при использовании треугольного или трапециевидного профиля гофров.

На защиту выносятся:

универсальный метод определения геометрических и секториальных характеристик произвольного поперечного сечения двутавра с непрерывным гофрированием треугольным и трапециевидным профилями гофров в стенке;

универсальный метод определения дополнительных местных усилий в двутавре с непрерывным гофрированием треугольным и трапециевидным профилями гофров в стенке при его изгибе и сжатии;

метод описания действительного напряженного, деформированного и кри- і тических состояний двутавра с непрерывным гофрированием треугольным

и трапециевидным профилями гофров в стенке при его изгибе и сжатии;

экспериментальная оценка теоретических результатов описания напряженного и деформированного состояний металлического изгибаемого элемента из двутавра с треугольным гофром в стенке;

метод определения оптимальных размеров сечения и элементов гофров двутавра с непрерывным гофрированием треугольным и трапециевидным профилями гофров в стенке, используемого в качестве балок и колонн;

обоснование областей применения двутавра с непрерывным гофрированием треугольным и трапециевидным профилями гофров в стенке в качестве балок и колонн.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на:

- международной научной конференции «Новые идеи нового века» (Хаба
ровск 2003);

ежегодных научных чтениях памяти проф. М.П. Даниловского (Хабаровск, 2003-2008);

седьмом краевом конкурсе-конференции молодых ученых и аспирантов «Наука - Хабаровскому краю»;

заседании кафедры «Строительные конструкции» ТОГУ (Хабаровск, 2007);

заседании кафедры «Строительные конструкции» УГТУ (Екатеринбург, 2007);

заседании кафедры «Промышленное и гражданское строительство» ВСГТУ (Улан-Удэ, 2009);

научной конференции преподавателей, научных работников и аспирантов (Улан-Удэ, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ: в журнале, сборниках научных статей и материалах научно-технических конференций, в том числе имеется одна статья из перечня рецензируемых журналов, рекомендованных ВАК РФ.

Состав и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 111 наименований и приложения, и содержит 190 страниц машинописного текста, включая 93 иллюстрации и 12 таблиц.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Гофрирование тонких листовых элементов конструкций давно используется в авиационных [2; 37; 65; 76; ПО], судовых [15; 33], строительных [18; 99; 111] и других конструкциях.

Во Франции сварные стальные двутавры с гофрированной стенкой, выпускаемые фирмой "Доллянс", уже более 25-ти лет используют в качестве элементов рам каркасов одноэтажных зданий пролетом до 31 м [99]. В Финляндии в качестве несущих конструкций покрытия применяют одно и двухскатные балки и балки с параллельными поясами пролетом до 30 м, выпускаемые фирмой "Палмера" [99]. В Японии разработан сортамент и налажен выпуск сварных двутавров общего назначения с утонченной гофрированной стенкой [8].

В европейских и особенно в скандинавских странах широко применяются, в качестве прогонов покрытия металлодеревянные балки, изготовляемые французской фирмой "Nail-web" с деревянными поясами и тонкой гофрированной стенкой из оцинкованного стального листа [18]. В Швеции уже более 35-ти лет используются деревянные балки с волнистой фанерной стенкой [18].

В 80-х годах прошедшего столетия в Казахском отделении ЦНИИПСК Остриковым Г.М., Максимовым Ю.С. разработаны проекты конструкций покрытий промзданий [43; 56; 59] с балками и прогонами из сварных двутавров с тонкими гофрированными стенками. Примерно в это же время Липецкий отдел ЦНИИПСК начал применять в качестве несущих конструкций покрытий сельскохозяйственных зданий сварные арки с тонкой гофрированной стенкой [99].

Первое исследование по сварным двутаврам с гофрированной стенкой в нашей стране проведено в 30-х годах прошедшего столетия [20], но серьезные работы начаты только с 70-х годов, где большой вклад внес Ольков Я.И. [53; 54; 55]. На сегодня достаточно подробно исследованы напряженное состояние и устойчивость гофрированной стенки изгибаемого двутаврового стержня. Получены данные по его деформативности в плоскости стенки и основные показатели эффективности. Уже проработаны отдельные вопросы по технологии из-

готовления. В 90-х годах А.Н. Степаненко [85; 86; 88; 89] предложил теоретические расчеты гофрированных стержней с учетом дополнительных усилий, возникающих за счет периодического смещения стенки с оси стержня, а так же подтвердил теоретические выкладки экспериментом. Однако предлагаемые методики расчета не учитывают влияние на напряженно-деформированное состояние формы профиля гофрированной стенки, так как стержни с треугольными и трапециевидными профилями предлагается рассчитывать по упрощенной методике, заменяя эти профиля стенки синусоидальным.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций