автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Напряженно-деформированное состояние узлов ферм из замкнутых гнутосварных профилей

ВВЕДЕНИЕ.5

ГЛАВА ПЕРВАЯ. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА УЗЛОВ ИЗ ЗАМКНУТЫХ ГНУТОСВАРНЫХ ПРОШЕЙ .11

1.1.Узлы с примыканием к грани профиля одного стержневого элемента .11

1.2.К-образные узлы.16

1.3.Методы расчета узлов .22

1.4. Выводы.35

ГЛАВА ВТОРАЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯШШО-ДЕФОРШРОВАННОГО

СОСТОЯНИЯ ЗАМКНУТОГО ПРОФИЛЯ ПРИ ПРИЛОЖЕНИИ

К ГРАНИ ЛОКАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ.

2Л.Выбор расчетной схемы замкнутого профиля . . 37

2.2.Напряженно-деформированное состояние профиля при действии на грань сосредоточенной силы.

2.2.1.Основные уравнения и граничные условия . . 38

2.2.2.Определение перемещений .41

2.2.3.Определение моментов и перерезывающих сил.44

2.3. Обобщение и реализация решения для локального нагружения грани профиля.

2.3.1.Алгоритм расчета.52

2.3.2. Затру жени е профиля локальной нагрузкой равномерно распределенной по площадке . . 54

2.3.3.Анализ влияния геометрических параметров расчетной схемы .61

2.4. Выводы .64

ГЛАВА ТРЕТЬЯ. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЗЕЕИНО-ДЕсЮРШРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УЗЛОВ ИЗ ЗАМКНУТЫХ ГНУТОСВАРНЫХ

ПРОФИЛЕЙ.

3.1. Методы исследования.66

3.2. Напряженно-деформированное состояние узлов сопряжения замкнутых гнутосварных профилей с ребрами.

3.2.1.Напряженно-деформированное состояние узлов с поперечными ребрами .68

3.2.2.Напряженно-деформированное состояние узлов сопряжения продольных ребер с замкнутым гнутосварным профилем.78

3.3. Напряженно-деформированное состояние узлов ферм из замкнутых гнутосварных профилей

3.3.1.Описание исследуемых узлов .84

3.3.2.Напряженно-деформированное состояние элементов решетки.86

3.3.3.Распределение контактной нагрузки в узлах из замкнутых гнутосварных профилей . . . 91

3.3.4.Напряженно-деформированное состояние пояса в узлах ферм из замкнутых гнутосварных профилей.95

3.4. Узел подстропильной фермы .99

3.5. Узел связи .Ю

3.5.1.Напряженно-деформированное состояние пояса фермы в зоне крепления связи . 107

3.5.2.Напряженно-деформированное состояние соединения фланца с гнутосварным профилем связи I09-II

3.6. Выводы .II7-II

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. ЭКШЕШШТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1. Деформированное состояние профиля при заг-ружении грани локальной нагрузкой . II9-I2I

4.2. Исследование напряже нно-деформированного . состояния узлов фермы под прогонное покрытие

4.2.1. Описание эксперимента и исследованной конструкции .I2I-I

4.2.2. Узел опирания прогона .124

4.2.3. Узел крепления монорельсовых путей . . 127

4.3. Исследование узлов типовой фермы Молодечненского завода легких металлических конструкций.

4.3.1. Особенности исследования ферм в составе блока покрытия .135

4.3.2. Анализ результатов исследования узлов . 138

4.4. Выводы.

ГЛАВА ПЯТАЯ. ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОД* И РЖОРЖЩЦИИ ПО

РАСЧЕТУ.

5.1. Несущая способность узлов с ребрами . . 149

5.2. Несущая способность соединения элемента решетки с поясом фермы .152

5.3. Жесткость узлов ферм.158

5.4. Выводы

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

I.Существующие инженерные методы расчета узлов из замкнутых гнутосварных профилей не позволяют, определить их несущую способность, исходя из напряженно-деформированного состояния,что исключает сознательный подход к оценке несущей способности конструкций и затрудняет совершенствование конструктивных форм.

Экспериментальными исследованиями узлов,в том числе выполненных автором,выявлено незначительное изменение распределения усилий в них при появлении локальных упруго-пластических деформаций;- малое влияние на несущую способность узлов напряжений от продольных сил в поясе при значениях их меньших предела текучести; сохранение формы пояса и отсутствие искажений его углов вплоть до разрушения узла.

3.С использованием аппарата,сочетающего метод конечного элемента и расчетную схему пояса фермы в виде коробчатого замкнутого кожура, образованного четырехпролетной неразрезной пластинкой, локально нагруженной по контуру сопряжения конструктивного элемента с поясом,исследовано ряд узлов,для которых установлено ^необходимость учета размеров сварных швов,толщины поперечных ребер при расчете напряженно-деформированного состояния, поясанезначительное влияние на напряжения в поясе изменения толщины продольных ребер,, и высоты вертикальных стенок пояса;влияние на концентрацию напряжений в элементах узла деформаций по толщине стенки пояса в зоне контакта с конструктивными элементами узла.

4.Установлено,что на напряженно-деформированное состояние узлов ферм оказывают существенное влияние геометрические размеры узла, соотношение усилий в элементах решетки,деформация контура пояса в зоне узла.

5.Через продольные стенки решетки на пояс, передается усилие, .превышающее величину продольной силы в-раскосе,, которое зависит от отношения пролета грани пояса к ее толщине и от отношения ширины раскоса к пролету грани пояса. На данное усилие следует проверять прочность сварных швов и продольных стенок раскосов, а также местную устойчивость вертикальных стенок пояса.

6.В сечениях элементов решетки в зоне узла наблюдается кон- • центрация мембранных напряжений и напряжений от местных моментов, которые превышают средние значения напряжений от продольной силы в несколько раз и сглаживаются на расстоянии около половины высоты сечения элемента решетки от контакта с поясом.

7.Теоретическими исследованиями установлено и подтверждено экспериментально, что локальные нагрузки от прогонов, подвесок, раскосов незначительно влияют на напряженно-деформированное состояние грани, противоположной той, с которой они сопряжены.

8.Теоретические исследования позволили установить наиболее значимые факторы,влияющие на напряженно-деформированное состояние узлов, и с помощью численных методов расчета с использованием теории подобия, а также с применением теории планирования эксперимента получить инженерные формулы для расчета узлов с ребрами,для определения величины усилия,догружающего продольные стенки решетки в зоне узла, и для вычисления жесткости узлов ферм. Основными факторами влияющими в значительной степени на напряженно-деформированное состояние узлов являются: относительные размеры ребер, размеры сварных швов в узлах,отношение пролета пояса к его толщине,отношение ширины раскоса к ширине грани пояса,отношение длины сопряжения продольных стенок раскоса с поясом к пролету грани пояса и расстояние между носками раскосов.

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1У81-1985 годы и на период до 1990 года. -М.: Политиздат, 1981. - 95 с.

2. Брудка Я., Лубиньски М. Легкие стальные конструкции.-М.: Стройиздат, 1974. 342 с.

3. Беккер А.Г., Рождественский С.Г. Особенности расчета сварных соединений из гнутых профилей. Пром. стр-во, 1969, В I, С . 41-42.

4. Вернер Ф. Допустимые усилия в узлах решетчатых конструкций без элементов жесткости при примыкании раскосов к стенке поясов из прокатного профиля.- Автореф. дис. . канд.техн. наук. М., 1978. 19 с.

5. Галатенко В.А. Исследование металлических ферм из прямоугольных труб, сваренных из прокатных уголков: Автореф. дис. . канд.техн.наук. Новосибирск : 1982.-22с.

6. Галёркин Б.Г. Собрание сочинений: В 2-х т. Л.;М.:Изд. АН СССР, 1953. Т. 2.- 444с.

7. Гальперин И. Введение в теорию обобщенных функций.-М.:йзд. ин. лит., 1954. 63 с.

8. Гарф Э.Ф.Исследования конструктивной прочности свар -ных узлов и элементов из гнутых профилей замкнутого сечения Автореф. дис. . канд. техн. наук. Киев, 1970,- 19 с.

9. Гольцев Б.В. Исследование несущей способности тонко -стенных фасонных стержней,1 полученных методом холодного профилирования. Автореф. дис. . • . канд. техн. наук. Л. , 1971 . - 18 с.

10. Ю.Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов. М.: Металлургия, 1974. - 26 с.

11. ГОСТ.17622 72. Стекло органическое. - Переизд.1974.

12. ГОСТ 9550 71. Определение модуля упругости для пластмасс, модуль упругости которых не менее 3000 кгс/см2.1971.

13. ГОСТ 1439 69. Пластмассы. Методы механических ис -питаний. Общие требования 1969.

14. Джан-Темиров К.Е. Исследование металлоконструкций порталов открытых распределительных устройств из гнутых профилей. Автореф. дис. . канд.техн. наук. Киев,1975.- 25с.

15. Кекс Г.И. Экспериментально-теоретическое исследова -нив работы узлов и моделей ферм из электросварных прямоугольных труб. Реф. сб. Проектирование металлических конструкций. Сер. Ш, М.: ЦИНИС, 1974, вып. 2 ( 49), С.50 - 70.

16. Кекс Г.И. Экспериментальное исследование узлов ферм из гнутосварных профилей замкнутого прямоугольного сечения.-Реф. сб. Проектирование металлических конструкций, Сер.У11,М.: ЦИНИС, 1969, вып. 7 (15), с. 93-101.

17. Корн Г.Дорн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.:Наука, 1973. - 831 с.

18. Крейн С.Г. Функциональный анализ. М.:Наука, 1972.544 с.

19. Левитанекий И.В. О проектировании ферм покрытий промышленных зданий из круглых и прямоугольных труб. В кн.Легкие металлические конструкции промышленных зданий. - М.¡Строй-издат, 1975. 88-104 с.

20. Левитанский И.В.,Севрюгин В.В.,Тилина ЕЛ. Применение гнутосварных профилей в фермах покрытий промышленных зданий.-Реф.сб.Проектирование металлических конструкций. Сер.УП,М.: ЦИНИС, 1974. вып. 3 (50), с. 3-8.

21. Левитанский И.В.,Севрюгин В.В.,Джафарва З.Р.Область применения гнутосварных замкнутых профилей в металлическихконструкциях промышленных зданий.- Проектирование металлических конструкций. Серия ш. Науч.-техн.реф.сб. М.: ШНИСД969, вып. 7 (15), с. 42-56.

22. Лихтарников Я.М., Светницкий С.А.,Клыков Б#М.Прогрессивные стальные конструкции. Донецк, Донбасс, 1974. - 184с.

23. Лихтарников Я.М.,Эстрин Г.Я. Исследование узлов рамного типа из гнутых профилей. Промышленное строительство, 1971, Ь 10, 1972, В II, с. 32-34.

24. Лукасевич С. Локальные нагрузки в пластинках и обо -лочках. М.: Мир, 1982. - 542 с.

25. Мельников Н.П., Винклер О.Н., Левита некий И.В. Холодно гнутые замкнутые сварные профили высокоэффективный материал для легких конструкций. Промышленное строительство, 1973, В6, с. 24-27.

26. Минусинский А.,Сикорский Р. Элементарная теория обобщенных функций. М.: Изд.ин. лит., 1959. - 78 с.

27. Мурашко H.H., Соболев Ю.В.,Мухин A.B.,Головко Л.Г. Экспериментальные исследования напряженно-дефоршрованного состояния узлов из замкнутых гнутосварных профилей. В сб.: Проблемы сельскохозяйственного строительства, Мн.:Ураджай, 1980, с. 66-72.

28. Мухин A.B. Методы расчета узлов из замкнутых гнуто-сварных профилей. Брестский инженерно-строительный институт, 1983. 27 с. Рукопись деп. ВНИИС 13.4.83. Р 4106,

29. Мухин A.B. Теоретические исследования напряженно -деформированного состояния замкнутых гнутосварных профилей при сопряжении с рёбрами. Брестский инженерно-строительный институт, 1982. 23 с. рукопись деп. в Бел НИИНТИ 27.8.82. 1 490.

30. Мухортов М.Н. Фермы из полых строительных профилей на объектах Костомукшскош ГОКа. Промышленное строительство, 1981, Р2, с. 19-22.

31. Налимов В.В., Голикова Т.И. Логические основания планирования эксперимента. М.: Металлургия, 1976. 128 с.

32. Ниэми Э. Фахверковые конструкции, изготовленные из конструкционных труб квадратного сечения. М.: Финскладтех-ника - 82, 25 - 31 марта 1982 г. - 12 с.

33. Швиков В.И., Гарф Э.Ф.Довтуненко В.А.Статическая прочность и расчёт бесфасоночных узлов трубчатых металлоконструкций .- Киев УкрНЙИНТИ,1969. с. 3-10.

34. Новицкий В.В. Дельта функция и ее применения в строительной механике. В сб.: Расчет пространственных конструкций. - М., 1962, вып. 7, с.207-244.

35. Панченко В.М. Экспериментальное исследование работы опорных узлов ферм из прямоугольных труб. В сб.тезисов докладов Украинской респ. научно-техн. конф.Перспективы развития и применения в строительстве металлических конструкций.-Киев, 1973. с. 102-103.

36. Панченко В.М. Исследование действительной работы опорных узлов стальных стропильных ферм из замкнутых гнутосварных профилей, Автореф.дис. . канд.техн.наук.-Киев, 1981. - 20 с.

37. Плескунин В.И.,< Воронина Е.Д. Теоретические основы организации и анализа выборочных данных в эксперименте.-Л1У, 1979. 126 с.41. руководство по проектированию стальных конструкций из гнутосварных замкнутых профилей. М.: ЦНИИПСКа, 1978.-43с.

38. Севрюгин В.В. Экспериментальное исследование моде -лей фрагментов ферм из гнутосварных замкнутых профилей,-Реф. сб. Проектирование металлических конструкций. Сер.УП, М.: ЦИНИС, 1974, вып. 2 (49), с. 11-19.

39. Севрюгин В.В. Результаты экспериментального исследования конструктивной форш узлов ферм из гнутых профилей. -Реф. сб. Проектирование металлических конструкций. Сер.УП, М.: ЦИНИС, 1974, вып. 2 (49), с. 3-19.

40. Смирнов Н.В.Дунин-Барковский И.В.Курс теории ве -роятности и математической статистики для технических приложений. М.: Наука, 1969. - 225 с.

41. СН 247-63. Указания по проектированию стальных конструкций с применением гнутых профилей. М. ;Тосстройиздат, 1963. - 26 с.

42. Соболев Ю.В,,Вернер, Ф# К расчету бесфасоночных узлов сопряжения стальных стержней из холодгогнутых и прокат -ных профилей. Строительство и архитектура. Известия ВУЗов, 1978, Н,с, 3-10.

43. Стропильные металлические конструкции. Из опыта применения высокопрочных сталей и гнутых профилей / Лихтарников Л.М., Клыков В.М., Ладыженский Д.В. Донецк: Донбасс.1970.-92 с.

44. Таблицы планов эксперимента для факторных и полино-мигольных моделей / Бродский В.З.,Бродский Л.И.,Голикова Г.И. и др.; М.: Металлургия, 1982. 752 с.

45. Тимошенко С.П. ,Войновский-Кригер С.Пластинки и оболочки. М.: Наука, 1966.- 635 с.

46. Тришевский И.С.Длепанда В.В. Металлические облегченные конструкции. Киев: Будивельник, 1978. - III с.

47. Фролов Володарский БД., Кекс Г.И.Некоторые вопросы внедрения электросварных прямоугольных труб в конструкциях промышленных зданий. Реф.сб. Проектирование металлических конструкций. Сер. Ш, М.: ЦИНИС, 1974, вып.1 (48), с. 7-9.

48. Флоров P.C., Кекс Г.И., Козачкова А.П. Стропильные фермы из гнутосварных прямоугольных профилей. Швые формы несущих и ограждающих металлических конструкций. Тезисы докладов научно-техн. семинара, Свердловск, 1976, с. 23-26.

49. Цетлин B.C., гукова М.И.,Тес ля-Тесле нко Г.В.Днарина Н.И. 0 несущей способности поясных элементов в сопряжениях прямоугольных труб. -.Строительная механика и расчет сооружений. 1979, & I, с. 56-58.

50. Цетлин B.C., Гукова М.И., Иммерман А.Г.,Тесленко Г.В. Работа и расчет узловых соединений гнутосварных профилей. -Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. 1979, №6,с. 8-13.

51. Цетлин B.C., Гукова М.И., Иммерман А.Г.,Тесля-Тес-ленко Г.В. 1&счет и проектирование узлов стальных ферм из прямоугольных гнутосварных профилей. Промышленное строи -тельство, 1980, I? 12, с. 17-19.

52. Чернов И.Н. Исследование конструктивной формы и технологичности стальных ферм с коробчатыми стержнями из прокатных уголков. Авто реф.дис. . канд. тех,наук. -Новосибирск, 1974. - 17 с.

53. Эстрин Г.Я. Экспериментально-теоретическое исследование действительной работы рамных узлов из замкнутых холод-ногнутых профилей. Автореф. дис. . канд;техн.наук. - М., 1974. - 15 с.

54. В acLeiW. CesSweUie RoPucinMiibse unci AßKant-hotpiofik Sei dificimiscfiez Bean^ucßung-ScpiweLsstecJimi. ~I%3.-113,U.if, sASS-^9

55. CiehowskL, biuclfaJ. Hude de £a zesLstance siali^ue des assewßdayes sondes en czoLx de pzofites.

56. Conshudion MeicißPLcpue.- 1977, N~3, si 17-256Ie DoviesQ.}Ropei C.C. Gap Joints Willi ТиЫаг

57. Memlezs-AYiePd Line Appzoach.- Budding Science,-1975,vJO, p.199-204

58. Q2.DavLesC.f Ropez CC. Gap Joints WllH Tufa-A Yietd Li- '/ne Modkfced Hy. Sfaeaz Appzoach-Budding and EnvUzon-meni-1377, v./, p. 31-3863'HEoppeP K.j ScHazdt R. Veisucfamit Ratt^ezeten SlaMen. -5lakku.-№3, /f 1,5.12-17

59. Mouty J.Cdcue dtsc&azyh udl ernes des assewifages sauncles de piofits czeux conks et zedangu&izesrConst-zuctlon MeiatHyue.- 1976, №2, s.37-58

60. Pa ckez J A, 0 cmes C., Coutie MM. Cap Jointbttengih of Redanpilai fiotHow section Hasses ¡/¡BSE 5YMPD"1. Hum mcow.-m&,p.m-m

61. Sulassy K. Tezneiesl siempontok Höncjü acets-leiheieteü kaiaHticisaHoz.-Ma^uciz SpUoipaz.- AI2 12, s. 707-109

62. Redwood B.C. Tfre Beüavloui of Jotnis ßeiween Re-ctancpilcLi Hoüiow Sizucluzaß Memßezs.-Civil £npne-eiiny and PaUu Woißs Review, \%5Mo$n,<>.№-№3