автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Оценка параметров надежности стальных сжато-изогнутых элементов постоянного поперечного сечения

^ ПОЛТАВСЬКИЙ ТЕХШЧНИЙ УШВЕРСИТЕТ

На правах рукопигу

Харченко Юрш Анатолшович

ОЦ1НКА ПАРАМЕТР1В НАД1ИНОСТ1 СТАЛЕВИХ СТИСНУТО- 31ГНУТИХ ЕЛЕМЕНТ1В ПОСТ1ЙНОГО ПОПЕРЕЧНОГО ПЕРЕРВУ

05.23.01 - будавельш конструкций будови та спорудв

АВТОРЕФЕРАТ яисертацц на зцооутая наукавого сптгеня кандидата техтчних нам.

ПОЛТАВА-1994

Дисертац1ею е рукопие.

Робота виновен а на кафедр! конструкц1й 1э метал?, дерева та пластыас Полтавського техн1чного ун!верситету.

Науковий KepiBHHK - доктор техн1чних наук ГОлуг1н С.в.

Тф1ц1йн1 опоненги - доктор технЛчних наук Перельмутер A.B. - кандидат техн!чних наук, доцент ШкурупШ O.A.

Ведуча орган1зац!я - Укра1нське кооперативно-держав-не проектно-вишуяувальне i . кауково досл!ане об'едаання "УкрЩПагропроект".

Захист дисертацП в!дбудеться " JAr;>'fUT<?. 1995р. о 14°° годин! на зас!данн! спец!а!зовано! ради К D69.46.01 "Буд1вельа1. конструкцИ, буд!вл! та споруди" при Полтавськону техШчнсму ун1верситет1 эг1дно адреса: 314601, «.Полтава, проспект Першотравневий, 24.

3 дасертац1ею цожна ознаЯомяткся в бМлЮтец! ув1верситету.

81дгуки на автореферат просимо надсилати на 1м'я вченого секретаря у двох прюм!рниках, зав!рених печаткою.

Автореферат роз!слано j " с>" -?/ j, j> 1995р.

Вчений секретер спец!ал1эоваво1 ради кандидат техн!чних наук доцент

В.О.Еондар

/

' ЗАГДЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТ!

Актуальн1сть. робот и. Шдвюденнк ефективност! 1 эиениення Ы8тер1алоешсост1 при проекгуванн! сталевих несучих конструкц!Я, а також виявлення резерв!в несучо! здатност! в 1снуючих конструкц1ях е постШю актуальными задачами. Одним 1з перспективнюс тлях1з ЕирИпення цих задач. який не вимагае додаткових ыатер!алышх 1 ф1нансових вклад!в, с удосконалення методики розрахукку 1 проектувввня конструкта ва баз! шрокого 1 активного використання метод1в теорП яад!йност1 конетрукгйй.

Використання в норках проектувапня сталевих вонструкц1й методу розрахувк!в по грашчиии станам не забезпечуе одкакового р!вня над1Дкост! конструкта 1 не дае гарант!!, що розрахован! конструкцИ иають достатню над±йн1сть на протяз! всього строку ексшгуатац11. Зараз ведеться розробка МДадеряавното нормативного документу СНаП "Надежность - несущи строительных конструкций" и ДБН ВЛ.2-...-Э5 "Общие, щшщяпн обеспечения надежности и безопасности строительных конструкций в основанийяк1 створмиъ загальний методачний Оазис для переходу до розрахунк1в конструшйй ва над1йн!сть. Але вказан! загальн1 рекомеядац!! потребуогь кошфетизад11 1 щив'язки до кон-струкцМ рХзного виду.

На дей час вввкеш дослЗдженш» з точки зору на-д1йност1 е конструкт!, як! юкливо представити у вигллд! стиснуто-з1гнутих сталевнх елемелтЛв, наприклад., колони постового поперечного перерХзу, стержн! крокв'яши ферм з по-завузловш навантаженвям та 1вай. В зв'язку з дан, розвкток 1мов1рносного методу розрахунк!в еталевнх яовструкЩй з ютов одерювня оц1нки параметр 1а над!Яноет1 стионуто-з1гну-

ги.х елеуент1Е е задало® взжливои 1 достатньо актуальною.

К? е т а роботи- розроОка методу 1мов1рносного розразсунку стиснуто-з1гнуиы сгалевих елемент1в дост1йного поперечного сиштричного перер!зу з навантаженняк в однХй з головню: шющин з оцИшою 1мов1рностд е1дновк данш. чэяструхцЫ, зшроектоваши по д1ючим нормам.

Автор.захииае: -розроЗлений' метод сщнки параметр1в нэд1йност1 стискуто-ззгнутих елеиент!в для р1зних умов закрепления к1нц!в I схе-ш прикладання навантаяення,1мов1рносних оссбливостей реаль-ша аазантожень.враяуванняы робота стал1 га меяою пругщостХ;

-обгр7нтован1сть використанкя методу л1неар1зац11 для фуикцП резерву ст!йкост1 в задачах 1ков1рносного роэрагунку реальних стаснуто-з1гкуткх ст&левих едзнеетхв;

-методику вкзначекнк перакегрХв надШюкг! елементИз крокЕ'яшх ферм з позэйузловш нввантвханням 1 результата оцЛнки рхвня надЛйност! 1снуючих конструкций;

-методику оцхнки 1 результата роэрахукк!в паршетр1в шиЦйност! етвлевих колон пост!йного поперечного перерЛзу, запроектоваикх за д1вчиии нормешг.

• Науке-Бе новизна роботи. Вперие заиропонована ы&тодака оц1нки параметрХв надхйност! сталевш ст«снуто-з1гнутих елйыгнг!в лостХйного поперечного перер!зу з врахуванням 1х д1йоно! роботи 1 реадыжх зсшк1шн1х вавантекень, в результат! чого:

-запропоновано внр1вення задач! оц!нки параиетр!в над!й-вост1 елемент!в з врахуванняы особливостей граничного стану за межою пружност!;

-одержаний алгоритм визначення 1иов1рност1 в!дмови стале-внх колон постШного поперечного перер!зу;

-роэроблений метод оц!нки парэмегрХв над1йност! елемзн-т!в сталевих кронв'яних ферм з позавузловиы навантаженням;

-виконаний числовий експеримент по розробленим програ-мам на ПЕСМ типу ХТ/АТ для оц1яки 1мов1рност1 вХдмови (р1вня над1йност1), як iснуютах конструкцЗЛ, так 1 запро-ектованих по д!ючим нормам.

Практичне значения робот к. Запропонована методика розрахунк!в дае моялив1сть виконати оц1нку параметр!в над!йност1 експлуатованих i запроектозэних конструкЩй сталевих каркас1э з р!зниии поперепнима назантаженнями i умсеами закр1плення к!нц1в. На основ! запропоновано! методики складений алгоритм i розроблена програма, реал!зована на ПЕОМ типу IBM XT/AT. Матер1али робота в ц1лому прийнят! для врахування в подальш!й робот! по удосконаленню норм проектування.

Реал!зац1я роботи. Окрем! одеряан! результата п!дготовлен1 для включения в проект ДБН В.1.2 -...- 95. "Общие принципы обеспечения надежности и безопасности конструкций и оснований". Результата анал!зу паранетр!в надХйност! типовиа. сталевих кров'яшх ферм покриття "Молодечно" прийнят! Полтавським комплексним в!дд1лои УкрЩЦ Проектстальконструкц1я для використання при проектуванн! i рекокструкцИ покрить цього типу на територИ УкраХш. Розроблена методика гаднки параиетр!в надШюст! стиснуто-з¡.гнутих стерян!в використана для • визначення iMOBipHocTi в!диови елементхв сталевих ферм при обладнанн! системи пожеясогас!ння у в1дд1ленн! штампування головного корпусу пресово-радаого заводу АО КАМАЗ. Результата роботи В1до0раяен1 а пром!жному зв1т! по держбюдяетн!й тем! " Роз-робка пропозшдХй по вдосконалешда норм проектування буд1-

велыш консхрукц1й на основ! дослЩешш 12 над1йвост!".

А п р о б а ц ! я робота. Основа! .волсжеыая дасертац!! доиов!дались на; Wisaapojöiifl науково-праятича!й ковференцИ "Совершенствование строительны! материалов, технологий и методов расчета конструкций в новах эксно&шческих условиях" (Сума, 1994), Есесоюзн!й коиференц!! "•Эксиериаентальше исследования инзенершх сооружений - 91"-(Cywii, 1551), П'ят!й УкраЗлськШ науково-те:ш!чн!й конференцИ по . иетатвям кокструмШш "Усиление и реконструкция производственных зданий и •сооружений, построенных в металла" (КхИв, 1992), теиатичнах коифереяц!ях X eeuuiapaz: "Вопросы оптимального проектирования конструкция' и рвочг-т их рационального усиления" (Пенза, 1590); "Прогрессивна ызтода ' ведения проевтаых и исследовательских работ щц рбкоаструкцшг сгааьэ» каркасов зданий и соорузшкаЯ" (Кк!ь, 1S-31); " Надеушссть зданий к сооружений"' (Чзркаси,' 1993), ян кьр!ч«лх неуково-техк!чадх ког4&ргнц1ж% Полхавського 1Б1 (1S91-1S94 р.).

. П у б л ! к а ц -! 1. Основккй saiCT дисертац!йно! рсбо-ш сшубл!коваж> в чЛшгадцяти другмвааих роботах, най-б1льш важлиа! з яких приведен! в списку я!тератури.

Обе я. г робот я. ДлссртаЩУша робота загаль-. ниы обсягоа 217 стср!иок силадаеться !э вступу, п'яти роз-д!л!в, БйсноБку, списку використаша дяерел !з 134 наймену-нувакь 1- додогкХв. Робота и Ютить 12« стор. основного тексту, 34 рисунк!в, 23 таблац1 ш 29 CTopiraax.

' ЗЫ1СТ РОБОТ У в с т у е 1 обгрунтована актуальн!сть задач!, сфориудьовая! мета ! задач! дослАдаювия, коротко шкладениЗ

>7 /

сновний эн1ст 1 результата дисертацИ.

У"перш!й(глав! наведений огляд ран1ше иконаних дослЩяень над1йност1 конструкд:Ь..

Над!йн!сть - складна властив1сть, яка в залежност! в1д риэнвчення об'екту i умов його викотастання поеднус в. эб! властивост!: 0езв!дыовиость, довгов1чн!сть, ремон-)здатн1сть, ц!л1сн!сть як для об1 лету в ц1ло«у, так i ш його беновйих частин. Найб1льш вежливою е властив1сть ;зв!дмовност1, яка полягае в.збереженн1 роботоздатност1 яа )отяз! деякого пер!оду часу ! визнач1 тться, як 1ыов1рность дмови за визначеннкй прои!жок часу Q(t). В дан!й робот! зв1даовн!сть оц1нюеться по критер!» несучо! здатаост!.

Нвйб!льшй вклад в розвиток етат^тичних ыетод!в . тео-i над!йност! буд!велышх конструкцШ внесли М.С.Стрелець-й, О.Р.РжанЛдан, В.В.Болот!н.

Загальн! 'питания над!йяост! конструкШй одержали звиток в .працях А.Я. Барашкова, 0.0« Гвоздева, A.B. Геи-рлХнга, А.Я. Др1в1нга, М.Ы. Зестави, А.П. Кудз!са, О.В.Лу-аа, A.B. Перельыутера, Д.Ы. Подольсысого, М.Ы. Складаева, Ь.Зиыаоева, С.Н.Усаковського, В.П.Чирков? та 1н. '

Питания аад!йност! ыеталевиз ю. „рунцЛй в р!з-1ан!тн1й постанови! розгладались в роботах В.Д.Балйна, [. Белен!, ГЛ. Белого, Г.Б. Бельськ^го, В.В. Б1рюльова, 1.Гордеева, Б.В.Горохова, М.М.Жерб!на, В.О.Перыякова, >.П1чуг1на, А.В.Сильвесгрова, В.В.Трсфмовича, В.М. Шнма-сысого та 1н.

За кордоном питания теор!1 нядШтост! буд!вельних струкц!й в р!зний час розробляли Г.Аугуст!, А.Бвратта, ьон1г, в.Каш1ат1, Р.Лев!. М.Мяйер, С.Трезо, .Ярейденталь, Д.Хоссер, В.Шоббе та !ш! вчен!.

Заяливим аспектом при оц!нц! параиетр!в надШност! иеталевих нонструкц;Ш е Злов!рносний опис навантажень, як! дштъ на хонструкц1ю. Доал!дженшши навантаяень та Ix. сполучень з побудовою 1мов1рносшх моделей в р!зних формах займалися Б.Н.Кошут1н, Ю.С.Кун!н, К.С.Лосицька, В.А. Отстав-нов, В.А.Пашинський, Ю.Д.Сухов та 1яш1.

При анал!з! надХйност! конструкции широко використо-ьуеться п!дх!д, запропонований О.Р.Ржан1цишш, коли на баз! статистичногс досл!даення наванталень I м!циост1 ыатер!ала складаеться узагальнена умова II безвШювно! робота: ■

Y(t}=R(t)-S(tteO. (1)

де Y(t) - резерв несучо! здатност! конструкц!й;

R(t) - узагальнена ньсуча здатн!сть конструкиИ; *

S(t) - узагальнене навантакення на конструкц!ю.

У випадку подання даних параиетр!в у вкгляд! Бипадко-вих пронес!в, !мов!рность невиконання умови'(1) по В.Б.Боло-т!ну цаближенно оц!нюеться, -як кЗльк!сть вжшд1в випадкового процесу узагальненого каввнтакешш за випадковий р!вень уза-гальнено! несучо! здатност! п!д час експлуатац!! конструкций.

На даний час найменш розроблешш е !ыов!рносний резрз-хунок консгрукц1й, як! включвьть стиснут! ! стиснуто-з1гнут! елементи. М1ж тиы в детеря1н!стичн1й постанови! питания ciiüKocTi конструкций досл!даувались в числе нних роботах, гцзичоыу враховувелись геоиетричиа i ф1зична нел!н!йн!сть, р!зн! слепи навантажекня 1 закр!шшння к!нц!в елемент!в. Мохна вЗдзначига фукдаыентальн! . робота Ф.БлеЯха, К.Бжека, М.Б.Корноухова, С.Д.Лейтеса, U.K.CuItko, С.П.Тимошенко, е.Хвалла, Б.Ф.Чена , Т.Атсути те !и. Деяк1 з п1даод!в, роз-глянугих в даних роботах, мо*уть служити основою для побудо-ви оц!нок параметр!в над!йност! стаснуто-з1гнутих еленент!в.

Вперше статистичшй метод розрахунку стерлш!э на ст1йк!еть запропонував О.Р.Ржан1цкн, 1мов1рносн!.метода в задачах ст!йкост! розроблен! в роботах С.Ф.1Ичуг!нэ, В.Д.Раазера, 5.1.Федорова, В.В.ЧерячукХна при р!зних передумовах для певши. хоштрукд!й.

У к!нц! глави приведен! виеновки про стан питания 1 " сформульован! задач! досл!вдення (рис. 1).

В друг!й глав! одерхзн! оц!нки над!йност! пружних стиснуто-з!гнутих елемент!в на Саз! замкнених анал!-р!шень задач! ст!йкост!.

На основ! форм/ли (1) запропоновано загальне р!вшшня для визначення резерву ст1йкосг1 сталевюс етиснуто-з!гнутих елеыент!в, як уыова неперевшнення границ! облает! ст!йко! р!вноваги:

ха.....хп, г>=х(6^, м, н, г)>о, (2)

»у я» л»

де Х4, Х2, ..., Хг- випадарв! аргумента;

ау,N,5 - випадкова межа плинност!, поздовхня сила, згинальний момент, в!дпов!дно. Для обчислення числових характеристик резерву ст!йнос-т! (математичне спод!вання Т ! еередн!Я квадратичний в!д-

хил (стандарт) Т) використан! формула:

\....., ^

^ г.

де а=^(Х1( Хг, ..., X )/ <ЗХ. .

У зв'язку з складн!ств посл!довного стохастичного анал!зу повед!нки стиснуто-зХгеттих стержн!в в робот! використаний прийом з постановкою !мов!рносних параметр!в в детерм1н!стичн! р!шення задач ст!йкост!. Оск!льки в!дсутн! замкнен! точи! р!шення таких задач, як! враховують ф!зичну 1 геометричну кел1н!йн!сть, в дан!й глав! пор!вняльно-

¡Шдсунконий родпод1л фУН-кц11 резерву cTlñKOCTl

-"Т-

Ríc,1 .Методика 1ыов1рносного розрахунку стиснуто-з!гнутих вдаыеыг1в конструкц!й.

анал1тичним методом розроблено декХлька оцЗяок параметр^ надШюс?!, що Оазуюгься на р!зшх вих1дних позиц!ях 1 загальноприйнятих передумовах без врвхуваная фактору часу: розрахунки ведаться по дефорыованХй схем! з врахуванням додаткового моменту в!д д!1 поздовжньо! силн, матер!ал стержн!в е л!н1йно пружним, при анал!з! згинальких деформацХй приймаеться г!потеза плоских перер!з!в, в!сь зХгнугоГо стержня мае полус!нусо!дальну форму. Критер!еы ) в трети ст!йкост! являеться досягнення крайовим шпруженшш меж! плинност1 в середньому перер!з! стержня.

Параметри одержаних р!шень, як! бззуються на р!зних формулах для максимальных згинальних момент 1в стис-нуто-з1гнутих стержн!в, визначених по деформован!й схем!, наведен! в таблиц!, де введен! наступи! позначення: Мо-згинальний момент вЗд поперечного навантаження; и=/ N/£7 *1-яараметр навантаження; 1 - довжина. стержня; Нэ- критична сила ЕЯлера; А, - плеща. 1 момент опору перер1зу..

У • зв'язку з. сп!льними передумовами, пор1вняння одержаних оц!нок показало !х близьк!сть, незважаючи на.р!зн! ючатков! авал!тичн! вирази. Область внкористання наведених >ц1нок- визначена шляхом обрахування похибки обчислення критичного напруження в трети ст!йкост! пружного методу в ор1внянн! з пружно-пластичним р!швшм о^, рис. 2. Ця об-эсть включае; стержн! !з сталей пХдвищено! 1 високо! эст! без ч!тко виявлено! мея! гигошост! ! пор1вняко гнутг.! рерян! з невеликими в!дносними ексцентриситетами. Ц1 р1шен-I можна використовувати для експрес-оШнки надШюст! еле-нт!в, яка не потребуе велико! точност!, а також для тес-вання результат!в, одержаних за 1шш методиками.

Для вир1шення задач для умбв, як! набяижають поставов-

Твблиця

НаближенХ оцХнки параметрХв надХйностХ стеиевих стиснуто-зХгнуткх ехементХв

&ар SlUHU/lhHUU номеит 4 ¿l 4

Q fV 1 1 Я 1

Í-H/Hy a m (1-Ñ/H,)2 WO-Ñ/Ñ,)

S Stkí 1 .Л u* U(f) 1 i; i ШЫЩ'Ы^-cosH^) A H/Ñ*cos!{$) .MLI < me Us(f) 7

6 M0sec(u/2J i -tïkhiiHÏI

m., л=20Х . д=152 "

2,0 V 1,0 0,5

о го 40 во «о «о со но

Рис. 2. Похибка наближених оцХнок

ку задач! до реалышх конструкц!й, викорйстане р!шення дифе-ренц1йного р!Еняння малих згинальних переШщень стяснуто-з!гнутого стертая в форы1 методу початковнх параыетр!в:

(й4у/йх*)-нх^«ЗгУ/<Зх2)=ри)^, (4).

де х,у - координата точки на пругн!й л!н!1; о.ы=и /1; р(х) -поперечне навантаяання; EJ - иорстк1сть стертая.

Це дозволило одеряати анал!тичн! вирззя для Бмзнэчеплл параметр!в резерву стШсост!, придатки для практичних роз-рахунк!в прухних стергн!в при р1зноман1тшх схеиах поперечного навантааення ! умовани закр!плення к!нц!в стержк!а, в1дм!нними в!д шарн!рних.

На основ! вс!х приведенпх в глав! р!шень, розроЗлек! алгоритма ! складен! врограми для ПЕШ.

В трет! й- глав! розроблено метод оц!иш параметр!в над!йност! сталевих стяснуто-з1гнутих стерян!в, як! прадюеть за межою прутгност!, показала ыожлив!сть л!неа-ризац!! функцИ Т для уиов, в1дпов!да»чих Дснуючим конструк-ц!км. У цьому вкпвдку_критер!ем втрата стШкост! е поручения умови р!вноааги ы!я Енг/тр1шн1ли ! зовн!шнши силами при розповсюдаенн! облает! плинност! вгдаб поперечного перер1зу.

1мов!рносне рИпеная отримано, для вшцекаведених пе-<я

редужю ! для додаткового припущення мояливост.! пружно-пластично! робота матер!ала . зг!дно д!аграми Прандтля, на основ! запрспонованих <3. Блейхом !ндив!дуальних алге-бра!чних формул, . апроксимуючих залежн!сть критичного ка-пруяення втрати ст!йкост! стиснуто-з!гнутого скр ! центрально-стиснутого о.кро стерлн!в: Р=о"к о/0 . Одержана узагальнена формула для пружно-пластично! облает! (наприк-клад, гнучк!сть для стал! з йу=240 МПа):

. р=1+и(./2,1+11Г7йу/о1, ' (5)

IM

да \t - приведений вЩосннй введентриситет; ад - вритичне напрутення ЕНлеру. .

Результата порЮТяння ß, визначеного по (б), з да ниш енсперииенгальша досл!дкень стиснук>-з1гнутих елзме&Пв, одержаних Е.Хвалла,! коефЩ1ентом 1/<рв, обчисленим по д!ючим нормам, доказали, що !е!дносва похибка свладае А=2+6Х.

Математичне спод1вання резерву стШкосП зг1дво (3):

Т=оу/р-Н/А. (6)

да р - середве значения параметру ß, одержадаго при п!дстановц! математичних спод!вань- випадковид аргуыент1в в (5).

Коеф1ц!ёнти форму ли (3) для визначення стандарту: ^=(1+0,476^)/^; ■ г М1 1

Н;Л

0,476+

л=-

N*Wȧ ,

(7)

N 1 к

■ 2°3

Як показали досл1дження залежност! функцИ резерву

я»

ст!йкост! 1 в!д випадкових аргумент!в, вона практично л1н!Яно залетать в!д öy IUI нел1н1йко в1д N, тому розглянута ыожлив1сть використання методу л!неар1зац11. Для цього в д1апазон! зм!ни випадкових аргумент!в використаний розклад функцИ в ряд Тейлора поблизу точки з координатами N, И) 1з збереженням членхв не вице другого порядку 1 одержан! уточнен! формули для числовых характеристик резерву ст!йкост! YT, YT та характеристика безпеки ZVT=YT/YT.

Розрахувки, виконан1 на ПЕОМ по розроблен!й програм!, показали, щ> в!дносна похибка при об числе ни! YT i YT склада е 5+15% за рахунок врахування нелШйних член1в, а для характеристики безпеки не перевищуе 5%, що п!дтверджуе можлив!сть використання методу л1неар!зац11 при р!шенн1 поставлено! задач! з викорнстанням наведених вице формул (3).

Числовкй .эксперимент, виконаний по розробленим програмам. на ПЕОМ, да 34 .вар!анти сташуто-з!гнутих сталевих елеменПв були обрахован! по вс1м розглянутиы методикам, засв!дчуе, що характеристика безпеки,. яка визначена по методиц! з врахуванням пружно-пластично! робота матер!алз (форели (6), (7)), переводуе на 10+15% значения, одержан! по • пружним методам, це дозволяе б!льш цовно використовувати несучу здатн!сгь матер!ала ! 61 ль а точно оцШювати параметри над!йност! стиснуто-з!гнутих елемент!в.

В четверт1й гда в 1 роэроблена методика од!нки параметр 1в над!йносг! елененПэ покритт!в. э лозавуз-ловим навантаженням, виконана. практична оц!нка р!в®1 над!й-ност! типових кракв'яних ферм..

Розвиток нонструктивних форм покрятт!в буд!вель прив!в до нових р!шень крокв'яно! конструкц!! з безпрог!нним виршениям. шатра та позавузловин навантаженням: крокв'ян! ферми блок!в покритт1в "Молодечно", "Москва"', "Таг!л" ! малоелементн! ферми та деяк! !нш!.

В зв'язку з достатньо широкою областю використання ! перспективною безпрогонвих покритт!в актуальною задачою е оц!нка 1х р!вня над!йност! з визначенням облает! ра-ц!онального використанйь У робот! розглянут! статично ви-значен! крокв'ян! ферми покритт!в, як! сприймають звичайно, пост!йне ! одне тимчасове (сн!гове) навантаження.

Конструкц!!, як! будуть розглянут! в дан!й робот! робот!, у рамках статистично! динам!ки конструкцХй, визначен! як стохастичн! стац1онарн! л!н!йн! системи, як! мають невироджуваний характер ! до яких в повн!й м!р! можуть використовуватись оц!нки параметр1в над!йност! на баз! теорИ викид!в випадкових проиес!в. В!дмова конструкц! I

!нтерпретуеться, як викид випадкового процесу резерва ст!й-костх у в!д'сыну область, для. визначення 1мов1рност1 якого з врахуванняи фактору Часу. Q(t) використовуються частота! характеристики T(t): ефективна частота сич ! коеф!ц!ент ши-рокополосност! рц, формула для обчислання мае вигляд:

Q(t)=^*mv)*t/(pwvSr). (8)

да i(Zv) - ордината норыованого розпод!лу резерву ст!йкост!.

В робот1 викорастан!розроблен! в Полтавському IBI ■ iiiOBlpHOCHl иодел! атмосферних навантакень. Математична модель CHiroeoro навантаяення в форм! кваз!стрц!онарного випадкового процесу (ВП) з сезонниц трендом математичного спод!вання, постШшм коеф!ц!ентом вар1ацИ ! частотшши параметрами використовуе ..пол!номо-експоненц!алышй розпод!л ордината, який характерний для хшлосн!ж1Щх, нест!йких зим Укра1ни. 3 точки.зору математичного опису, на основ! чпслен-ш досл!дних данях,.'пост!йна навантаяення иояна представн-тн у вигляд!. випадково!.величины з нормальшш розпод!лом. Для характеристики к!цност! стал! використовуеться. роз-под!л Гауса, який lie 'две велико! похибки, що п!дтвердаують статистичн1 досл!даення.

Методика оц1нки параметр!в над!йност! запропонована на основ! прушо-пластичного р!шення (гл. 3). При цьому чисель-ниы _!нтегруванням одержан! несиметричн! розпод!лн резерву ст!йкост!, як! суттево в1др1зняються в!д нормального. Скла-Дений алгоритм 1 розроблена програма для визначення р!в-ня над!йност! елемент!в крокв'яних ферм покриття "Мо-лодечко". Отриман! результата 1люструе рис. 3, на якому для наочност! епюри над!йност! нобудован! в логарифм!чних одани-цях. Р!вень нйдШюст! (в белах) визначаеться по формул!:

r=-log(QU)) (9)

Рис.3 !люструе суттеву р!знонад!йн!сть елемент!в ферм ! понижену над!йн!сть деяних . елеыенИв реш!тки ферм, що засв!дчуе необх!дн!сть п1двшценно! увага до типовых сталевих ферм покритт!в типу "Молодечно", як! експлуатуютьсй на територП У1фа1ки.

По розроблен!й иетодиц! був виконвний анал!з неоС-х!дност! п!дсилення крокв'яних ферм головного корпусу ПРЗ АО* КАМАЗ, який дав змогу виключити трудом!стке п1дси-лення стояк!в 123 ферм, завантаяених додатковими моментами в!д мэси труб системи пояеяогас!ння даху.

В п'ят1й глав! розглянут! стнснуто-з!гнут! сталев! колони пост!йного поперечного перер!зу,виконаннй числовой експеримепт по оц!нц! 1х надШюст! на ПЕОМ.

Сталев! колони е мэлодосл!даеиаш конструкциями з точки зору над!йност!, такий стан пов'язаний э екладн!ст» !мов!риоского' опиеу реалыих иввантажень, необх!дн!стп врахування ф!гично! та геоиетрнчно! нел!н!йност! робота мвтер!ала 1 конструкц!й. В той же час, ц! конструкц!! харэк-терн! тим, що в них поеднуються вс! моялив! навантаження ! е моклив!сть викриття додаткозих резерв!в несучо! здатност!.

В робот! анал!зуються сталев! колони каркас!в,парн!рно 381ф1плен! з ригелем ! иорстко затеснен! у фундамент!. Стиск колони без1фаново1 буд1вл! визваний д!ею поздовжньоЗ сили в!д пост!йного та сн!гового навантаження, а згинальний момент, який д!с в одн!й з головних плоиин, визваний д!ею в1т-рового навантаження. Навантвженля на буд!вл!, оснаиен! мос,-товими кранами, кр!м вицезгаданих навантажень, включае в себе поздовжне та поперечне навантаження в1д д11 кран!в.

Прийнята в розрвхунквх !мов!рносна модель в!трового навантаження представлена у вягляд! кваз!стац!онарного ВП з

етацхонарною частотною структурою 1 розпод!лом Бейбула для ордината, Математична модель кранового навантаження (вертикального тв горизонтвльного (боково! сили) — нормальна® ста- ' цХонарний ВП, числов! характеристики якого е випадковими параметрами В8ГОВИ.Ч та геометричних характеристик 1фана.

Для визначення параметр!в над!йвост! сталевих колон лост1йного поперечного симетричного лерер!зу, завантажениих декхлькома випедковими тимчасовкми' наввнтаяеннями, як! представлен! у вигляд! Ш, описаних р!зними законами розпод!лу, ! м!цн1стю, представлено» у вигляд! випадково! величина, вккористане 1мов!рнсюне р!шення (6), (7).

При побудов! розлод!лу зусиль в!д сп!льно! д11 ьтмосферких та крекових нввантажень, який суттево в1др'1з-кяеться е 1д розпод!лу Глуса (рис. 4) використвнв формула для роэподхлу р!зниц! нормального 1 довольного закон!в:

ехр(-0,б»Ег)»^г(2)(1з, (10)

де ■ (¡г) — густина ' розпод!лу зуснль в!д композиц!!. атмосферних навангаж&нь; ворыовашй е!дхил аргумента в!д центру роэпод1ду;

меж! !нтегрування: •

де Хн, Хд- стандарт нормально! складово! тв композиц!! атмосферюи кававтакень, в1дтов!дно; V,,- коефШснт вар!ац!1 нормально! складово! функц!! резерву ст!йкост1.

Бри розробц! методики використана можлив!сть зашсу розпод1л!в атмосферних невантсжень та 1х композиц!! & одна-ков!й ан&л!тичн1й форы!;

ос

"■"Чв

Рис. 3. Еппра р!вн1в надХйност! сталззо! фгрми ( Ь = 30 м) покриття типу "Молодечна"

0,4 113 V У 0

м

у

/ ■•Л

/ / \

'У

Л

-6 -ц -1 -г "3-1 о 1 г з <1 I

Рис. Розпад!! зияад;сових аргумент!з функцХХ резерву стХйкоот! . ад«^-*.

Позначення:___ розподХл Гауса;

■ _я1дсумковий.розподХл

iia=Axp[((c3»^+ca.)All+ci )Ая+со+( ( (aa*2+az)z+ai )z+ao)] ,(11)

де с0-сз, а0-аа-коеф!ц!енти пол!ному пол!номо-експоненц!аль-ного розпод!лу сн!гового ! в!трового навантаження,в!дпов!дно;

AB=D*pv,-z/kc>, де ко-в!дшження стандарт!в сн!гового та в!трового навантаження;

Де V - коеф1ц1ент.: Bapianii в!трового та сн!гового

в v

навантаження, вШювШю.

Для практично! реал!зац!1 одернаного методу виконаний об'емний числовий експеримент по оц!нц! параметр!в надШност! .112 сталевих колон постШюго поперечного двутаврового. перер!зу, запроектованйх зг!дно д!ючих норм, яний охошш практично вс! можлив! вар!анти ре а ль них колон. Зм1нниыи параметрами були: пост1йне, сн!гове, в!трове та кранове навантаження, высота i крок колон.

' Анал!з одерканих результат!^ показав-, а) вс! колони мають достатню над1Лн!сть, ,що п!дтвердкуе досв!д безава-р!йно1 експлуата!! цього типу констругайй; б) суттеву р!з-нонад!йн1сть колон, що не викривають д!юч! норма проекту-вання i необ1рунтовано економ!чно: безкранов! Q(t=50 рок!в)= = 10"z+ 1СГ 4, з кранами Q (t)= «Г1* 10"г; в) 1мов!рн!сть в1дмови эменщуеться при зниженв! дол! атмосферних наванта-жень в загальному зусилл!, а для кранових при зниженн! дол! кранового навантаження; г) мохлив!сть запропонувати у першо-му наближенн!, для безкракових колон, понихаючий коеф!ц1ент сполучення атмосферних навантажень, р!вний 0,8.

Розроблеко методику визначення необх1дност! п!дсилення колон з погнутими в!тнами. Запропонован! обгрунтован! вар!анти п!дсилешш» як! забезпечуить достатню над!йн!сть

« лт

О.

експлуатованих конструкц1й.

У додвтках наведен! таслов! характеристики пост!йного навантаження, блок-схеш алгоритм!в розроблених програм, акта впроваджешш.

ЗАГАЛЫП ВИСПОВКЙ.

Дана робота присвячена чиеельно-анал1тнчному досл!дженнэ" пареметрАв надШюст! стаснуто-з!гнутих сталевих елемент!в пост!Дного поперечного перер!зу з практичное оценкою параметров над!йност1 конструкц!й, запроектовенкх зе д!»чими нормами.Основн! результата робота:

1. Вперие розроблено методику оц!жш паршетр!в на-д!йност! сталевих стиснуто-з!гнутнх елемент!в пост!йного поперечного перер!зу 'з врахуванням фактору часу, д!йсно! роботи конструкц!Я ! реального зовнИанього навантаження.

2. В • межах " загадано! концешД.1 !мов!рносного розрахунку конструкцИ запропоновано функдХю резерву ст!й-кост! з врахуванням конкретнкх особливостей розглянутих елемент!в; показана ысшшв!сть л1неаризац11 функц!! резерву ст1Якост! з врахуванням д!йсноГ роботи сталевих стиснуто-з!гнутнх елемент!в та реальних навантажень.

3. Розроблен1 метода оц!нки параыетр!в надЩност! пру-жних сталевих стиенуто-з!гнутих елемент!в ! визначено область 1х можливого застосування.

4. Опрацьовано практичну методику визначення 1мов1р-ност1 безв!дмовно! роботи сталевих стиснуто-з1гнутих елемен-т!в, як! прашмоть за межою пружност!.

5. Виконано оц!нку параметр!в над!йност! елемент!в 'лшових сталевих ферм з позаузловяы. навантаженням, яка виявила сутгеву р!знонад!Я н !ст^ ейененПв та елементи не-

о-учих конструкций покригт!в з недостатньов над!йн!стю.

б. Проведено анал!з !мов!рност! Сезв!дмовно1 робота сталевих колон лост!йного поперечного перер!эу, який дав вмогу виявиги додатков! резерви несучо! здатност! сталевих колов Оезкранових буд1вель.

Основний зм!ст дасертацП опубл!ковано в роботах:

1. Пашинский В.Д., Харченко С.А. Усиление стальных колонн с общими погибами гветвей // Пром. строительство и инженерные сооружения. - 1939. - ГО. - С.30-31.

2. Пичугин С.Ф., Харченко В.А. Использование вероятностных методов при проькт!фовании промышленных зданий с учетом вопросов экологии // Совершенствование проектных решений с учетом проблем "экологии: Сб. научн. тр./ Редкол.: А.Н.Павликов (отв. ред.) и др. - К.: УМК ВО," 1992. - С.В4-Э0.

3. Харченко Ю.А. Исследование надежности сжато -г изогнутых стержней с учетом поперечной нагрузки и условий закрепления концов // Эффективные стр. материалы и конструкции, используемые при возведении зданий и сооружений: Сб. научн. тр. / Редкол.: А.Н. Пэвликов (отв.ред.) и др. - К.: УМК ВО, 1992. — С.55-62.

4. Пичугин С.ф., .ХарченкоЮ.А. Вероятностная оценка резерва устойчивости сжато-изогнутых стержней // Пути повышения эффективности строительства: Темат. сб. научн. тр./ Редкол.: А.Н. Павликов (отв. ред.) и др. - К.: ИСЕО, 1993. - С.72-80.

5. Пичугин С.Ф., Харченко Ю.А. Оценка показателей надежности стальных стоек постоянного сечения с учетом реально действующих нагрузок // Материалы ыеадунар. науч.-практич. конф. " Совершенствование стр. материалов, технологий и ■методов расчета конструкций в новых экономических

условиях ( 25-27.10.1994 ) Г Под. ред. д.т.н., проф. Фомины Л.Н. - Сума: ИПП "Мрня" ЛТД, 1994. - С.206-207. 6. Пааянскяй В.А., Пичутиа С.®., ларченко Ю.А., Чичулин В.П. Эксплуатационные повреждения конструкций предприятий автомобильной ' промышленности // VII Всесоюзная конференция " Экспериментальные исследования инженерных сооружений (методы, приборн, оборудование, метрологическое обеспеченно)": Тез. докл. - Суш, 1991. - С. 183-185.

?. Пичугнн С.Ф., Харчекг.о О.А., Чичулин В.П. Некоторые аспекты расчета надежности стольких 'конструкция произЕоя.сть?н-ннх здшкП // Усиление а реконструкция производстветганх тл-ннй и сооруткниП, пострсзншх в металле: Тез.' дот«. 5 Укр. нпуч.-техн. кон?, пометал, констр., - К., 199?-. - С. 18-19.

8. Пячугин С.Ф.. Харчекко В. А. Надежность стйльшх элементов, работающих на сяатие с изгибом // Надежность зданий н сооружения.' Тез, докл. иауч.-техиич. конф. - Черкассы, 1993. - С.43-44.

9. П1чугШ С.Ф., Хэрченко Э.Д. Визиачееая над±йнос?1 сталз-бих конструкции ях! спрнймаать сн1тоЕе язозетеяення // 'Те-эи допов!дей-46-1 наук. кон®, проф., сим., наук. сп!вро01т-ник1в, асп. 1 студентХз / Полт. 2Ы. - Полтава, 1994.- С.48.'

АННСТАШМ.

7лрчешю Ю.А. "Оценка параметров надежности стальных сягато-йзогнутыг элементов постоягшого поперечного сечений".

Днеезртацяя яа сшспшю ученей степегсг нэтщядзтз технических нау::. Специальность 05.23.01. - строительные конструкции, здания и сооружения, Полтавский технический университет, Полтава, 1994.

Численно-аналитическое исследование пар&метроз надея-

ности сжато-изогнутых стальных элементов с практической оценкой надежности стропильных ферм с внеузловой нагрузкой и стальных колонн постоянного сечения, запроектированных по действующим нормам.

Предложена методика оценки параметров надежности конструкций с учетом фактора времени, реальных внешних нагрузок и действительной работы конструкций.

Отдельные полученные ' результаты включены 'в проект разрабатываемых национальных норм по надежности.

Ключей! слова:кад!йн!сть,сталев! конструкц!!,стиснуто-з!гнут! елементи, крокв'ян! Ферми, колони.

ANNOTATION

Kharchenko Y.A. " Reliability Parameters Estimation oi Steell Beam-Colùms Elements, oi a constant croBs-section".

The thesis 1or a.conpetition oi the scientific degree ol the Candidate oî Technical Sciences. Speciality 05.23.01-Building Struct lires , Buildings & Structures , Poltava Technical University. • .

Numeric & analitical research oi reliability parameters oi Steell ВеальСо1ишв elements with Imot-Iree & load steell columns oi constant section designed in accordance with the existing Building Codes.

The reliability parameter estimation method with account oi time iactor, structure behaviour, existing external loads are oiiered.

Some results are included in the project oi developing national reliability Codes.

Key words: reliability, steel structure, beam-columns,