автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Напряженно-деформированное состояние малораскосных ферм с верхним поясом из двутавра с шахматной перфорацией стенки

РГБ ОД

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ЮТЕНЕРГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА'

7. р 1;'0!1 1985

На правах рукописи

Камаладдкя Фадхил Хасан

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ МАЛОРАСКОСНЫХ ФЕРМ С ВЕРХНИМ ПОЯСШ 153 ДВУТАВРА С ШАХМАТНОЙ ПЕРФОРАЦИЕЙ СТЕНКИ

Специазыюать 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой отепени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа выполнена во Владимирском государственном техническом университете.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент А. А.ЗАБОРСКШЗ.

Официальные оппоненты - доктор технических наук

B.Н. СИДОРОВ, кандидат технтчеоких наук,

C.И.КАДЕЙ.

Ведущая организация - Владимирский Промсройлроекг.

Защита состоится "27" июня 1095 г. в 13°° чао.

на аасидашш диссертационного совета К.114.09.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук при Всероссийском ваочном институте инженеров аелеанодорояного транспорта (ВЗИИТ) по специальности 05.23.01 - Строительные конструкции, вдания и сооружения по адреоу: 125808 Москва, ГШ-47, ул.Часовая, д, 22/2, аудитория 337.

С диооертацнэй модно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "27" ива 1095 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, Б.В.ЗАЙДЕВ.

доцент

- 1 -

Общая характеристика работы

Актуальность гона , После окончания военных событий в Персидском гзаливе (1990 - 1992 гг.) в Ираке остро поставлен вопрос о необходимости быстро и экономично ликвидировать ущерб, принесенный пооледней войной, поэтому сейчас в Ираке наблюдается повышенный интерес к применения металлических конструкций.

В связи с атш возникает вопрос о наиболее рациональном использовании металла в строительньж конотрукцияк я о снижении стоимости изготовления и монтажа.

Одним из путей решения проблемы экономии огали является применение в строительстве облегченных конструкций: ферм, рам, балок и наиболее рациональное использование материала в них. Фермы в процентной соотношении составляют 40 - 60S от массы всего каркаса, а следовательно, и стоимости, исходя иа этого идея применения перфорированных элементов в этих конструкциях просто неоценима, В связи с этим предложена новая конструкция маяорзокосяых ферм, имеющая верхний пояс из двутавра с шахматной перфорацией стенки. По сравнении о типовыми фермами новая конструкция в средним аффективней по массе па 302, а также имеет ряд достоинств: постоянное количество стзрхней решетки независимо or пролета п»7 шт., в то время как в стандартных фермах о параллельными поясами и треугольной решеткой при: L » 18 - 30 m, п « 7 - 16 гат; еначительное снижение количества элементов при увеличении пролета L приводит к заметному снижению расхода материала, сроков сборки и монтажа фермы данной конструкции; увеличение числа растянутых стержней также приводит к ( уменьшению массы всей конструкции ферт; верхний пояс из прокатного двутавра с атомагнсн перфорацией стенки дает возможность организация bps'/адовой нагрузки, что позволяет менять шаг прогонов

без изменения конструкции фермы, что особенно удобно при реконструкции эданий.

Применение в конструкции верхнего пояса данного вида ферм шахматной перфорации обосновывается рядом бе преимуществ:

- увеличиваются геометрические характеристики при постоянной площади поперечного сечения, равной площади исходного двутавра;

- суммарная длина сварки меньше, чем у линейной перфорации;

- отсутствует чередование сплошных и ослабленных участков, что устраняет необходимость выбора мест приложения силового фактора и не ограничивает ваг прогонов.

Эти преимущества позволяют сделать вывод, чтс применение в элементах, работающих на внецентренное сжатие, шахматной перфорации является одним из перспективных направлений в области конструирования легких прохетн^; конструкций.

Целью диооертационной работы .является выявление действительной работы под нагрузкой новой конструктивной Форш иалораскосных ферм о верхним поясом из двутавра о шахматной перфорацией отенки и на основе этого разработка практических рекомендаций по их расчету, конструированию и оптимизации. Автор защищает:

- новую конструкцию фермы о малораокосной решеткой и верхним поясом из двутавра о шахматной перфорацией стенйи;

- методику ее расчета и программу реализации методики на 38М;

г результаты экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния фермы с шахматной перфорацией стенки, выполненных численными методами на ПЭВМ.

Научная новизна заключается & том, что: - создана новая конструкция малораскосной фермы с веркнш поясом из двутавра о шахматной перфорацией стенки;

- приведена методика расчета фермы о применением ЭВМ;..

- детально исследовано яапряленно-деформированное состояние такого вида фермы по МКЭ на ЭВМ.

Практическое «качение работы:

- разработаны инженерная методика и рекомендации по рациональному конструированию мадсрасиосных ферм о верхним поясом из двутавра

а шахматной перфорацией стенки и составлены программы для расчета из ПЭВМ, удобные в практическом лрименешт;

- результаты работы позволяют рекомендовать малораокооные фермы о-верхним поясом ив двутавра о шахматной перфорацией стенки для применения в строительстве.

Внедрение результатов работы:

- предложенная конструкция маяораскосной фермы была успешно иоподь-воваяа при реконструкции покрытия ЦУП Владимирского предприятия ПОГАТ в 1993 году.

Апробация работа: отдельные части работы были изложены на научно-технических конференциях Владимирского политехнического института (199£~1993 гг.); на V Украинской научно-технической конференции (о международным участием) по металлическим конструкциям "Усиление и реконструкция производственных зданий И соорухечпй, построенных в металле"; на йаучно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Новосибирской государственной академик строительства по ¡поган научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ 1992 года с участием представителе;; строительных и проектных органи?зций, предприятий и научно-технических учреяас-ний (Новосибирск 1933 г.),

G 1 ъ а м работы: диссертация состоит из введения, четырех гл?в. основных яыеодоб, списка литературы иа наименовании, пг.'илжении; работа содержит 183 страниц, в том числе 170

страниц машинописного текста, 81 риоукок, 13 таблиц. Работа выполнена на кафедрз "Строительные конструкции и архитектура" Владимирского государственного технического университета.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы и приведено ее краткое содержание.

В первой главе рассмотрен опыт применения конструкций о перфорированной стенкой двутаврового профиля, при этом установлено.следующее: конструкции такого типа наиболее рационально применять в качеотве изогнутых и сжато-изогнутых элементов; в перфорированной конструкции стенка имеет разные виды отверстий (шести- шш восьмиугольника, ромба, овала и т.д.), что в большой степени отвечает технологическим и конструктивным требованиям при статических нагрузках; нвсулря способность перфорированной конструкции зависит в большой отепени от геометрических параметров отверстия (высоты, длины перфорации, угла наклона боковой грани).

В первой главе проанализированы известные теоретические и экспериментальные исследования балок а линейной перфорацией стоики. В процессе анааиаа установлено; в практике проектирования несущая способность балок определяется по приблйкенной методике, например, как безраскосных ферм Виренделя и методике ОНиП 11-23-81-*; при определении прогибов з балках и при оптимизации, в последнее время Начали уточнять результаты экспериментов и вводить коэффициенты, которые уменьшают расхождение между экспериментальными и теоретическими исследованиями; практически отсутствуют рекомендации по расчету сжато-изогнутых элементов с перфорированное стенкой.

В диссертации перечислены области применения перфорированных балок, рам и страны, которые занимаются разработкой этих видов конструкций.

Термин "шахматная перфорация стенки" появился недавно, но такой тип балок уже широко известен. 8 последнее время найден новый способ изготовления балок с шахматной перфорацией стенки, включающий резку стелют заготовки по ломаной линии (зигзагообразной) с получением двух элементов с тавровыми выступами (рис.1); после резки передвигается верхняя (шдамя) часть на несколько сантиметров вверх (вниз).

Шахматная перфорация с шестигранным отверстием является основным видом перфорации, остальные виды - частные. При изменении угла наклона центрального выступа получается батка с линейной перфорацией, а если изменить угол наклона верхних и нижних выступон, можно получить балку с шахматной перфорацией с восьмигранным от-

£> о пол оби на

ГггЙстГг

Г \ нити в я_____ |

верстием.

I

4

п о побинсг

Г

"Ч

I I

.....О Ч.....3 о

Рис. 1. Изготовление двутавровых бачок с шахматной перфорацией стенки Дале* в г л да? приведено описание конструкций двух видов мало-раснгсшх ф<?рм - треугольного очертания в с пгряялельяьт поясами, гегультлтн орлл-йнкя масс ксчтлсдуешк при одккякпвь'Х армеггх

и расчетной нагрузке приведены в таблице 1 в процентном соотношении к типовыми фермами с параллельными поясами и треугольным фермам о ызлорзскоснон решеткой. Таблица 1

Пролет фермы Ь, м Типовые фермы о параллельными поясами Треугольные фермы с разреженной решеткой

18 ' 18.68 % 5.425% '

24 38.12 У. 24.482

30 33.9 % 16.237.

Полученные результаты послужили основанием для подробного игу[£-нля действительной работы и расчета такого вида конструкций

и данной диссертационной работе. На основании проведенного аналитического исследования, литературных и патентных данных в заключительной части главы сформулированы цель и задачи исследования.

Вторая- глава диссертации посвящена оптимизации ферм с мзлораскосной решеткой и верхним поясом из двутавра с шахматной перфорацией стенки. Были рассмотрены вопросы компоновочного решения и дано обоснование метода рационального проектировав.га такого вида ферм.

Проведенный анализ эффективности малораскосных ферм с верхним поясом из двутавра о шахматной перфорацией стенки подтверждает, что выбор данноЛ конструктиькпй формы не носил случайный характер и обоснован областью ей практического применения.

В качестве критерия оптимальности была принята масса конструкции, которая зависит от нескольких групп параметров: линейных размеров I. и Нг; характера и величины нагрузки я; параметров поперечного сечения элементов верхнего пояса; размеров и формы поперечных сечений элементов решетки. Целевая функция мсжет быть представлена а общем виде: 6=Ф(д,Ь,Нг,т1,а),

г

где ц - коэффициент влияния формы поперечного сечения стержней решетки и низшего пояса фермы.

Задача оптимизации исследуемой конструкции фермы по массе в общем виде сводится к поиску наименьших Анетто площадей ее отдельных стержней. Масса фермы молет быть записана: &к « Спп + бр» где бк - масса конструкции; <ЗвП - масса верхнего пояса; - масса реш-этки.

Вес элементов верхнего пояса и решетки будет" зависеть от величины усилий в стерзшях, характера их работы и прочности материала. В общем виде масса определяется как: ^-Ш^цЬ/СФв^уОЗ-;

Задача многократно неопределима и рекурсивна.

Ферма статически неопределима и для определения усилий в стержнях требуется знать их жесткости, т.е. размеры поперечных сечений. Для сжатых и внецентренно схатых стержней необходимо зпать коэффициенты продольного'изгиба, который, в свой очередь, являются функциями размеров поперечных сечений. Таким образом, выявить аналитические зависимости медду массой фермы и проектными параметрами в явном виде не представляется возможным.

Задача оптимизации решалась а несколько этапов. На каждом этапе варьировался только один какой-либо параметр, все остальные принимались' постоянными. Для каждого значения варьируемого параметра определялась масса фермы. По дискретным значениям массы аппроксимировалась целей,эя функция и численными методами определялись оптимальные значения функции и соответствующие значения проектныч параметров.

Для сокргиглния объема йнчгагоншг были приняты следующие ограничения: посд<-доб.члись ф^рмн с прггл^тамт 13, 24, 30 и 36 м; высота Фго* 5-:»"ь*/гов--1пя'зъ » шлервая* Н^СЬ'З « 1/1Я)Ь; в качестве исход-

как для верхнего пояса использовались двутавры типа "Б" или "Ш"; .форма поперечного сечения стержней нижнего пояса и решетки принималась одинаковой; расчетное сопротивление стали для верхнего пояса и решетки Иу<330 Ша; устойчивость верхнего пояса из плоскости фермы обеспечивается размерами исходного двутавра при каге прогонов 3 м.

Оптимизация генеральных размеров фермы пролет-высота производилась с учетом регулирования величины изгибающих моментов в верхнем поясе аа счет смещения шарнира с геометрической оси стержня в центральном узле.'

Б конструкции монтажных узлов фермы предусмотрены прокладки, смещаемые с оси узла на величину эксцентриситета ± е, для образования регулирующего момента ДМ. Плюо означает смещение прокладки вверх от. геометрической оси стержня. Расчетная схема фермы и зшора моментов после варьирования усилий приведена на рисунке £.>.

стлетяш! 1 и 11гш;шгсш

Мгу»-ДМ

• Мол +

Обозначение:

.4-----

- - - усилия 01' регулирующего момента; усилия от внешней нагрузки; __результирующее усилия в цоясе.

, : Рис.2. Расчетная схема фермы • Ш = (Мпр.- Нзп)/2 - выравнивающий момент, N - осевое усилие в стержнях верхнего пояса. Расчетный момент и величина эксцентриситета будут равны? М • Мои + ДМ/'е - - ДМ/Я, если МоП < Млр и М = Коп - ДМ; е " ДМ/% если Мсщ > МПр.

Масса ферм определялась при варьировали высоты фермы в пределах Нг » (1/9 + 1/12)Ь, вариации глубины реэа исходного двутавра а - (0,75 + 0,85)НИСх и величины пролета I. - (18 + 36) м. Глубина реэа а влияет на жесткостные и прочностные характеристики верхнего пояса, а значит и всей конструкции, поэтому при выборе оптимальных размеров фермы этот фактор был учтен.

По результатам численных исследований были составлены таблицы и построены графики. Анализ результатов исследования изменения масс ферм показал, что рационально генеральные размеры следует при нимать: при 1=18+30 м и а-0,75-0,85 - Нг»Ь/9, а при Ь-Зб м и а-0,75+0,85 - Нт-тг.

На втором этапе оптимизации был обоснован выбор рационального типа малораскосной решетки, формы поперечного сечения ее стержней и нижнего пояса. Эффективность формы поперечного сечения стержней нижнего пояса и решетки показана на рисунке 3. 8а исходную единицу была принята масса решетки из уголков.

Анализ влияния форм поперечного сечения стержней малораскпс ной решетки фермы на ее массу показал, что наиболее эффективными являются профили замкнутого типа: круглого и прямоугольного печения, эффективность от применения которых в среднем для и по сравнению с решеткой из уголков составляет 25,637.. Если сравнить решетки из труб и гнутссвзркых профилей, то вторые эффективнее по массе в среднем-на 4,9?' (при 1-18-36 м).

Для верхнего перфорированного пояса исследуемой конструкции фермы в качестве исходной заготовки предусматривается пспопьронять стандартные прг.кьтные дпутагры с параллельккми гранями полок по ГОЛ ¿г-ОТР-гя "К" или "Ш" «па. Оптимизация типа исходного дгут.чи-Г1 пр-;1?15_'лнлт"- при ид; ы:рг»-кии глубины р??л в интервала с/ -Ч0.Г5 + 0.85)Ннск- -

6Р,»г

(ООО 800 600 400

200 О

с Р,1 г ,568,8—к/1^

42 &,Ь

ар,а

2Ам 30.* 56 ¿»^

Условные обоаначения:Зр,ц,6р.0)Бр,п - соответственно массы решетки

из уголков, круглых труб и квадрзтных гнутосварных профилей.

Рио.З. Гексограыма изменения массы малораскосной решетки исследуемой конструкции фермы в зависимости от формы поперечного сечения ее стержней Комплексный подход к анализу данных и графиков изменения длины раза и сварных швов, а также гексаграмм изменения массы двутаврового верхнего пояса с шахматной перфорацией показал, что более рациональным является "Б" тип исходного двутавра при глубине реза а « 0,85 и Нр1 - Нс/(10«), а принятый в практике шаг прогонов 1,5-3 м обычно обеспечивает, его устойчивость иа плоскости фермы.

Эффективность от применения в верхнем поясе малораскосной фермы шахматной перфорации по сравнению о неперфориюванным двутавровым поясом составила для: "Б" типа Эб=36.6Х;"Ш" - Эш=21.5Х.

Применение перфорации, в конструкции верхнего пояса исследуемой фермы позволяет сэкономить до 252 материала, что значительно влияет на ее стоимость, так как стоимость изготовления перфорированного двутавра невелика.

Эффективность же от выбора исходного двутавра "Б" типа в проведенных исследованиях по сравнению с "Ш" типом в конструкции

брл бр.с^ .7.51,0*4--,-

¿70,<а

¿0

5 5£,а

таз,У &р,р

перфорированного верхнего пояса составила: Э-19.2*. Если основным является требование обеспечения общей устойчивости иа плоскости фермы,то рациональнее применять исходный двутавр "Ш" типа.

В задачу определения параметров реза шахматной перфорации входят: вычисление оптимальной длины концевой зоны KKi; оптимизация основных показателей перфорации, влияющих на стоимость сборки перфорированного двутавра - это длина реза - Lpöa и длина сварных швов - Lcb. Была составлена программа для оптимизации этих параметров и подбора поперечного сечения верхнего пояса на ЗВМ,

В понятие основных параметров реза шахматной перфорации входят (рис.4): - длина приопорной зоны - kki, при ее оптимизации необходимо учесть, что; по конструктивно-технологическим требованиям KKi > 250 мм; минимально допустимая опорная зона KKi должна рассчитываться на сдвигающее усилие N согласно требованиям СНиП I1-23-81* для стыкового шва и будет равна его длине:

KKnun = N/(tuRiuyTc) и должна проверяться на сдвиг по формуле (29) п.5.12 СНиП 11-23-81*:

X ■= Q*KK*S/(lxtw) < RsYc. (1) Далее величину опорной зоны KKi необходимо откорректировать со-

гласно полученным значениям Le и Lp. Длина верхней грани отверстия (длина перфорации) Lp находится иэ условия потери местной устойчивости сжатого малого тавра по п.5.3 СНиП 11-23-81* и прочности по п.7. 24 по формуле (50) СНиП 11-23-81* и не должна превышать Ld < 0,5НИсх- Длина верхней наклонной грани отверстия Le также является косым сварным швом, соединяющим две наклонные грани, выполняемым встык, и по условию устройства косого шва 40° < г <70°, где г и ri- соответствующие углы наклона боковых граней отверстия перфорации к горизонтали. Минимально допустимая длина наклонной верхней грани отверстия .Le ограничивается ее достаточностью на сдвиг от силы qi » q(Le * cost + Lp). Другим ограничением Le с точки зрения технологии реза является высота верхней наклонной грани отверстия -Hpj, т.к.: Le Hpi/sinr.

Высоты наклонных граней отверстия: Hpi - Hp/(10ct) > 4tw; и Ирг - Hp - 2Hpi, где Hp - панель перфорации: Hp » Нисх(2а - 1). Высота отверстия: Но - Hpi + Нрг - Hp - Hpi » НИсх(2(* - 1) - Hpi-

Третья глава посвящена исследованию напряженно-деформированного состояния малораскосных ферм с верхним поясом иэ двутавра о шахматной перфорацией стенки, исследованию местной устойчивости элементов ее верхнего пояса, а также особенностям перехода фермы в предельное состояние.

■ Исследования проводились на ЭВМ типа IBM S96DX с помощью модульной программы COSMOS/M, в основе которой лежит метод конечных элементов.

. В результате численных исследований напряженного состояния »

к.а. модели получены эгшры распределения напряжений бх, бу. хх%-в перфорированном верхнем поясе, анализ кзторыу. показал сложнчю картину распределения нормальных и касательных напряжений как по длине пояса, так и по его выгот«. Ос'нзвнзл концентрация напряжений

приходится на углы отверстий шахматной перфорации, а тагеле на зоны косых сварных швов. Сложно-напряженное состояние имеют приопорные зоны и зона первого отверстия перфорации.- '"Если первое отверстие находится в верхнем ряду, то при увеличении нагрузки произойдет нарастание напряжений в его левом верхнем углу, что приведет к образованию пластического шарнира в малом тавре и в дальнейшем к потере устойчивости малого тавра и разрушению. ,

Малый тавр работает на одновременное действие осевой силы о изгибом'. Момент в малом тавре распределяется, неравномерно, его , значение больше по концам тавра.

Проведенные численные исследования показали, что нормальные напряжения 6Х в малом тавре распределяются по закону плоских сечений, в большом тавре влияние поперечной силы оказалось существенным (распределение пропорционально жесткости тавра) (рис.б), а также подтвердили, что напряжение в любой точке верхнего пояса достаточно точно описывается уравнением: бе? - + Зт

(2)

1)

ШШг

Эп&х 2) Эг.64, "5) Эл-Ьч ____ Р=ГГ/66,6? Рч2'"

]Сь7г 66,6?

тз у

•1133.

1-1

2-г

То Ы

г5М •58,8 30,775

•а.т?

о

Рис.5. Эпюры напряжений: 1) 6Х; 2) бу; 3) хХу по высоте сечения для двух наиболее напряженных сечений по длине панели Анализ результатов численного эксперимента показал, что наиболее сложное напряженное состояние Еоэникаот в .опорных узлах,

Наибольшие по величине внутренние усилия приходятся на нижнюю полку двутавра в приопорной зоне, а также наблюдаются в зоне первого отверстия перфорации (концентрация напряжений в угловых зонах). В связи с этим при больших расчетных эксцентриситетах рекомендуется устанавливать пластину, соединяющую опорный раскос с нижней полкой верхнего пояса, которая бы перераспределяла усилия по длине опорной зоны, уменьшая тем самым значения напряжений в Усле и препятствовала бы образовании пластических шарниров в опаскых зонах (первое отверстие перфорации и. фланец). Длину передаточной пласги-ны-фасонки необходимо принимать равной длине опорной зоны или длине фасонки, полученной из расчета узла при его конструировании.

Высоту центрирующей прокладки в монтажном узле целесообразно принимать равной Нц.п.-- ИВ/4.

Исследование местной устойчивости стенки перфорированного двутаврового верхнего пояса в данной работе проводилось с помощью энергетического метода и"результаты были сравнены с результатами, полученными от исследования математической модели по МКЭ с помощью модуля "BUCKLING" прогаммы CQSMQS/M, разница результатов не превышает 6,13%.

В результате исследований местной устстивости энергетическим методом была получена дормула для определения критичеасих касательных напряжений, возникающих в пластинке при сдвиге :

tcr = K(D/2t.) = 0,0403EtK, где К - коэффициент, равный отношении интегральных выражений в записи потенциальной энергии и работы внешних сил. .. • Двойные интегралы в выражениях потенциальной энергии изгиба и работы внешних .сил определялись численным уйтсдом с использованием сложной кубатурноЛ формулы Гаусса.

Анасиэ аалучонкык результате*: покагад, что дестяаа усгоГглг

вость стенки при заданной толщине исходного двутавра считается обеспеченной, если: се=0,75-0,85; r<=40°; Hpi=HpV (3í-10tí)í4tüÍHCx, тогда как при глубине реза а=0,9 необходима производить проверку местной устойчивости стенки.

Анализ результатов исследования местной устойчивости малого тавра показал, что применение глубины реза 0,9 для верхнего пояса нежелательно, так как происходит потеря его устойчивости при более низких нагрузках. В зоне действия максимального изгибающего момента верхнего пояса не происходит потери местной устойчивости, пото--му что з перфорированном, поясе сохраняется оптимальная зависимость между площадью поперечного сечения и его моментом сопротивления, а для проверки устойчивости около опоры можно использовать формулу ¿4).

Для определения теоретических прогибов в перфорированном

верхнем поясе малораскосной фермы была выведена формула:

i - ЬЗ-ь1* ¿ L ü» п. + _//ь.П. ЕР +

:Леог>' £44ЛЕ1ь.п. ~ ~ Acosa Siíu Ac.pJen.pE

где а - угол между раскосом и верхним поясом фермы; Мн.п ~ усилие в нгошем поясе фермы; Ан.п,Аоп.р,Аср.р - соответственно площади поперечных сечений нижнего пояса, опорного и среднего раскосов; 1в.г,, 1н.п> 1оп.р, 1ср.р - соответственно моменты инерции сечений верхнего, нижнего поясов; опорного и среднего раскосов; 1Р - длина раскоса.

В процессе численного эксперимента прогибы в исследуемых моделях ферм при нагрузках вплоть до предшествующих предельным носили упругий характер. Эксперимент показал, что исследуемая конструкция при расчетных нагрузках имеет сравнительно небольшую деформацию по сравнению с нормативной, принятой по .СНиП 11-23-81*, а местная устойчивость полок верхнего пояса обеспечена размерами ■ прокзта (исходного двутавра).

- lb -

Численный эксперимент подтвердил теоретические предпосылки деформированного состояния перфорированного верхнего пояса малораскосной фермы и что формулу (3) можно использовать для определения прогибов в конструкциях данного вида при любой нагрузке в любой точке пояса, так как f®/freo»= 8.94% < 10%.

Выявлены особенности перехода фермы в предельной состояние. Исследования проводились для ферм пролетом L=24 м при глубине реза верхнего пояса от 0,75 до 0,9 и параметрах реза ï=40°, Hpi=Hp/5, q«= 24 кг/ом, Ry = 3400 кгс/см. Нагрузка прикладывалась с возрастанием от 5 - 10 кг до ее предельного значения и затем вплоть до разрушения. В результате была получена сбцая схема разрушения фермы исследуемой конструкции.

Проведенные исследования подтвердили теоретические предположения о том, что все фермч переходят в предельное состояние при развитии пластических деформаций в зоне первого отверстия перфорации кроме ферм, у которьс. глубина реза верхнего пояса 0.9, они теряют местную устойчивость вблизи опоры при сравнительно невысоких нагрузках. Кспытатедьные коэффициенты и характер перехода ферм в предельное состояние приведены в таблице 2.

Проведенный численный эксперимент подтвердил правильность методики разчета исследоьалной конструкции ферм, полученных теоретических формул, а такае подхода для определения рационального сочетания параметров реза, геометрических размеров п типов сечений элементов конструкции. Проведенше исследования покаэата, что -эффективность данной конструкции фермы возрастает по мере увеличения пролета (L»18-36 м) при оптимальном диапазоне реза исходного двутавра перфорированного верхнего пояса а=(О,75-0,85).

По результатам численного эксперимента составлена сводная таблица 2.

Таблица 2

Глубина реза а Пролет фермы 1, м Предел текучести б,кгс/смг Расчетная нагрузка д,кг/см Разрушающая нагруэ-кз,кг/см Козф-т запаса К Характер разрушения

0,75 24 3400 24 27,55 1,148 Р.Д.

0,80 24 . 3400 24 28,55 1,1696 . Р.Д.

0,85 24 3400 24 29,62 1,234 Р.Д.

0,90 24 3400 24 25,58 1,066 М.П.У.

Примечание: Р. Д.- развитие пластических деформаций;

, М.П.У,- местная потеря устойчивости.

Четвертая глава посвящена внедрению результатов исследований и рекомендациям к проектирована и расчету малорас-косних ферм о верхним поясом из двутавра с шахматной перфорацией стенки. В ней приведены сведения о применении этих ферм в покрытии промздаиия ЦУП Владимирского предприятия ЛОГАТ при его реконструкции (1993 г.).

В этой главе приведены технике-экономичесгае показатели (масса, себестоимость, стоимость монтажа) 3 типов конструкций ферм пролетом 18 м: малораскосная ферма с перфорированным двутавровым поясом и решеткой из уголков (вариант, предложенный для реконструкции ЦУП); малораскосная ферма со сплошным верхним поясом ив прокатного двутавра и решеткой из уголков (вариант, использованный при реконструкции ЦУП); типовые фермы пролетом 18 м (серия 1.460-8).

Исследования прочности и устойчивости малораскосных ферм о верхним поясом из двутавра с шахматной перфорацией стенки, выполненные в настоящей работе, позволили разработать предложения по инженерной методике расчета малораокоснык ферм, привести рекомендации" по конструированию. ' . * '• *

- 18 -

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенная сравнительная характеристика типовых ферм по массе позволила разработать и предложить новую конструкцию малораскосных ферм о верхним поясом из двутавра с шахматной перфорацией стенки. Эффективность таких ферм по сравнения с типовыми в йамсишстн от пролета составила от 18 до 37 X.

2. Произведен выбор и дано обоснование метода рационального проектирования малораскосных ферм с верхним поясом из двутавра о иашатной перфорацией стенки.

3. Разработанная конструкция фермы может применяться для перекрытия пролетов от 18 до 35 м. Целесообразно назначать генеральные размеры фермы: при Ь < 30 м - высоту фермы Нг » Ь/9 и глубину рееа исходной заготовки верхнего перфорированного пояса « « 0.8 -- 0.85; при Ь « 5« к - Нг « 1У12 и « «. 0.0 - 0.85.

4. Рационально применять тип малораскосной решетки со снисходящими раскосами, а в целях уменьшения ее массы при подборе сечения С7ШТОГО раскоса вводить ипреягедьиый элемент. С точки зрения массы наиболее эффективной формой сечений элементов малораокоской решет:«! и нижнего пояса фермы являются профили замкнутого типа Круглого и прямоугольного сечения, эффективность от применения которых в среднем для пролетов от 18 до 56,м составляет 25,36 1.

б. Для двутаврового верхнего пояса с вахматной перфорацией . стенки рационально в качестве исходного двутавра использовать двутавр типа "Б". Эффективность от применении шахматной перфорации по сравнения с ^перфорированным двутавровым поясом по ыэзое составила 20,6 %. Эффективность от выбора исходного двутавра типа "Б" по сравнению с "Ш" типом по массе составила 19,2%. Эффективность применения йшгмзтной рерфорации возрастает о увеличением

пролета фермы. В случае необходимости для удовлетворения повышенных требований по обеспечению общей устойчивости иэ плоскости фермы рациональнее применять исходный двутавр типа "Ш".

6. Для выбора рационального сочетания параметров шахматнойt перфорации внецентренносжатого двутаврового верхнего пояоа мадо-раскосной фермы о целью сокращения времени,требующегося да громоздкие вычисления многопараметрической задачи оптимизации параметров перфорации, разработана программа ка языке "BASIC" для ПЭВМ. Программа удобна в практическом смысле и позволяет подобрать номер исходного двутавра, а также вычислить необходимые геометрические характеристики фермы, усилия в стержнях, характеристики сечения верхнего пояса после перфорации и т.д.

7. Проведенный на ЭВМ сложный численный эксперимент конечно-алементных моделей конструкции малораскосной фермы о перфорированным верхним поясом позволил исследовать: действительную работу конструкции под нагрузкой, напряженно-деформированное состояние элементов и узлов фермы, особенности перехода ее в предельное состояние, местную устойчивость элементов перфорированного верхнего пояса фермы, а также получить и сравнить результаты теоретических и экспериментальных исследований.

8. На основании хорошей сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований была разработана и предложена инженерная методика расчета малсраскосных ферм с верхним поясом из двутавра о шахматной перфорацией стенки.

9. С целью повышения эффективности разработанной и предложенной к практическому применению конструкции фермы приведены рекомендации по ее рациональному конструированию, а также предложены программы на ПЗВМ для практического использования.

- 20 -

Основное содержание диссертация опубликована в работах:

1. Заборский A.A., Хаоан К.Ф. Стальные элементы с шахматной перфорацией стенки // Пятая Украинская начно-техническая конференция по металлическим кострукциям " Усиленна и реконструкция производственных здании и сооружений, поотроинных в металле ". Тезиси докладов - Киев, 1092. С. 1.

й. Заборский A.A. i Хасан К.Ф. Фермы о разреженной решеткой и верхним поясом иа двутавров о шахматной перфорацией стенки // Строительные конструкции и расчет оооруяений. Сборник тезисов докладов научно-технической конференции. Часть 1. Новосибирск, 1993. С. 1,