автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Стальные балки с гибкими подкрепленными стенками несимметричного сечения

У. од ед

е.

ТВЕРСКОЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ЯСАБЕР НАЗЕМ АБД

УДК 624.014.072.2

СТАЛЬНЫЕ БАЛКИ С ГИБКИМИ ПОДКРЕПЛЕННЫМИ СТЕНКАМИ НЕСИММЕТРИЧНОГО СЕЧЕНИЯ

05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тверь 1992

Работа выполнена в Тверском орлана Трудового Красного Знамени политехническом институте

НаучнгЁ руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

кандидат технических наук, доцент Погадаев Игорь Константинович доктор технических наук, профессор Белый Григорий Иванович,

кандидат технических {тук,' и.о.профессора Крылов Иосиф Иосифович

Центральный научно-исследовательский институт лёгкие', металлических конструкций

Защита состоится 1992 г. в час. мин.

яа заседании специализированного совета - К 064.04.01 в Новосибирском инженерно-строительном институте им. В.В.Куйбышева ; по адресу:

630008, г. Новосибирск-8, ул. Ленинградская,ИЗ, НИСИ, учебный корпус, аудитория 306.

С диссертацией можно ознакомиться в 'библиотеке НИСИ.

Отзыв яа автореферат в двух экземаяярах, заверенный печатью, просим направлять в адрес специализированного совета.

Автореферат разослан / " 1992 г.

Учёный секретарь-специализированного совета, кандидат технических наук,доцент

"ииЧ^ И.в. ГЕНЦЯЕР

■ы}

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность теш. Одними из акономичных металлических несущих конструкций являются тонкостенные балки (балки с гибкими стенками БГС), стенки которых теряют устойчивость в упругой стадии работы

отличие от обычных, балок с устойчивыми стенками, допускается работа стенок в закритической стадии. Использование закритической стадии работы гибкой стенки в балке под нагрузкой является значительным резервом повышения несущей способности без дополнительных затрат материала. Это ведет к снижений металлоемкости таких балок на 10-30$ по сравнению с балками с устойчивой стенкой. В строительной практике кроме 5ГС с одинаковыми поясами могут быть использованы и БГС несимметричного сечения, исследования которых полностью отсутствует. Применение таких балок может оказаться в . некоторых случаях достаточно эффективным. Применение в качестве сжатого пояса сечения, имеющего большую жесткость на изгиб по сравнении с листовым (при одинаковых их площадях^, может повысчть несущую способность балки по сдвигу и на локальную нагрузку. Несимметричность сечения дает возможность перераспределить материал между поясами так, чтоба нормальные напряжен:« в них от действия балочного момента в закритической работе стенки были одинаковыми и начало появления пластических деформаций было достигнуто одновременно. Это повысит эффективность использования стали в сечении

Целью работы является разработка теории расчета стальных балок несимметричного сечения с гибкими подкрепленными вертикальными ребрами стенками и обоснование практической методики их расчета и проектирования.

. Для достижения поставленной цели:

- проведен анализ особенностей работы отсеков балки на сдвиг, изгиб и сдвиг с изгибом в упругой закритической стадии стенки;

- разработана теория напряженно-деформированного состояния стенок и поясов рассматриваемого вида балок при преимущественном сдвиге;

- рассмотрен механизм полного исчерпания несущей способности отсеков БГС несимметричного сечения при преимущественном сдвиге и сдвиге с изгибом и получены формулы для определения предельных

стали (условная гибкость стенки

балки

усилий;

- обоснованы и разработаны методы расчета рассматриваемого вида балок.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- теоретически решена задача о напряженно-деформированном состоянии стенок и поясов при работе на закритический сдвиг БГС несимметричного сечения в упругой и упругопластической стадиях;

- проанализированы особенности напряженно-деформированного состояния станок и поясов и разработаны .методы определения напряжений в опасных точках несимметричных БГС;

- решена задача о предельной нагрузке и механизма разрушения при закритическом сдвиге БГС несимметричного сечения при полном исчерпании несущей способности и развития пластических деформаций в стенке и поясах.

Практическая ценность проведенных исследований состоит в разработке инженерной методики расчета стальных балок с гибкой подкрепленной стенкой несимметричного сечения и рекомендаций по их проектированию.

Внедрение результатов:

- разработанная методика расчета была использована при проектировании усиления дефектных конструкций перекрытий ткацкой фабрики "Парижская Коммуна" в городе Вышний Волочек Тверской области;

- результаты исследований в виде предложений по совершенствованию главы СНиП 11-23-81 пункт 18 "Балки с гибкой стенкой" переданы в ЦНЙИСК им. Кучеренко и используются при разработке новой редакции зтой главы.

На защиту выносятся:

- расчетная модель отсека БГС несимметричного сечения на действие сдвига и его комбинацию с изгибом и теория определения напряжений в стенке и поясах;

- схема механизма разрушения оюека балки в стадии предельного равновесия и теория определения предельной нагрузки;

- результаты экспериментальных исследований опытных БГС несимметричного сечения;

- методика расчета и проектирования БГС несимметричного сечения.

Апробация работы. Основные материалы исследований докладывались и обсуждались на научных конференциях молодых ученых и профессорско-преподавательского состава Тверского политехнического

института (1989-1991 г.г.), науч-т семинарах кафедры "Конструкции и сооружения" Тверского ГМ (Тверь, 1988-1991 г.г.), научных конференциях Ленинградского инженерно-строительного института (Ленинград, 1990-1991 г.г.) и на научном семинаре кафедры "Металлические конструкции" Новосибирского инженерно-строисзльного института (1991 г.).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического списка (76 наименований) и содержит 156 страниц машинописного текста,15 таблиц и 75 рисунков.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования и формулируется ее практическая ценность.

В первой главе "Обзор теоретических и экспериментальных исследований стальных балок с гибкими стенками и анализ методов их расчета" отмечается, что закритическая работа гибких стенок впервые была использована в самолето- и кораблестроении и только с 60-х годов началось изучение вопросов применения балок с гибкими стенками в качества несущих строительных конструкция.

В истории развития методов исследований строительных БГС выделяются два главных направления. Авторы первого направления (К. Баслер, К. Рокки и М. Икалоуд, В.В. Каленов, Б.М. Броуде, М.В. Предтечевский, И.К. Погадаев и др.) исследуют работу отсека балки между ребрами жесткости в состоянии полного исчерпания ими несущей способности при сдвиге, базируя свои теории на эксперименте. Этот метод дает возможность учесть работу материала элементов балки в упругой и упругопластической стадиях и получить результаты для предельной нагрузки в явном виде (в виде формул).

Авторы второго направления (й.й, Ааре, С. Бергман, 3. Садовский, Ю.Н. Симаков, МД. Корчак, Й Дьюбек и др.) используют при решении задачи для описания работы стенки методы нелинейной теории гибких пластин. При таком подходе рассматривается только упругая стадия работы элементов балки и поэтому за предельное состояние, по которому определяется несущая способность балки принято начало образования пластических деформаций в точке. Результаты получают в виде графиков и таблиц, по которым находится предельная нагрузка.

Обзор теоретических исследований БГС выполнен отдельно по каж-

- ч -

дому из видов воздействия - сдвигу, изгибу и их комбинации.

Наблюдая за поведением стенки и поясов отсека в стадии полного исчерпа::ия несущей способности от сдвига, К. Баслер впервые обратил внимание на то, что при полном исчерпании несущей способности отсека в стенке образуется диагональная пластическая полоса растяжения, которая примыкает к поперечным ребрам не подходя к поясам. Этим К. Баолер считает, что значение предельной поперечной нагрузки Опр не зависит от жесткости поясов. Разработка концепции диагональной пластической полрсы г наибогэе важный результат исследований К. Баслера.

В дальнейшем И. Фуджии обратил внимание на тот факт, что при исчерпании несущей способности отсека от сдвига он переходит в геометрическую изменяемую систему - механизм с образованием пластических шарниров в поясах, но без оснований принимает, что вти шарниры располагаются в середине поясов. По такой модели разрушения предельная сдвига*: дая нагрузка становится зависимой от жесткости поясов.

Большие исследования по сдвигу балок с гибкими стенками были выполнены совместно К, Рокки и М. 1Екалоудом. На основе проведенных экспериментальных работ они установили, что при исчерпании несущей способности отсека на сдвиг в поясах образуются пластические шарниры, а в стенке развивается пластическая полоса, располагающаяся симметрично относительно растянутой диагонали. Она ограничивается по ширине пролетными пластическими шарнирами в поясах.

Ширина полосы зависит от иэгибной жесткости поясов и, таким образом, значение предельной' сдчигающей нагрузки, определяемое шириной полосы, становится связанной с изгибной жесткостью поясов. Работы К. Рокки и М. Шкалоуда явились значительным вкладом в область расчета и проектирования БГС. Их идеи нашли отражение в ряде работ, выполненных в различных странах.

Механизм разрушения Рокки. и Шкалоуда и сделанные ими выводы по определению предельной сдвигающей нагрузки были уточнены в исследованиях И.К. Погадаева. Им также обоснована линейно-диагональная сдвиговая модель работы отсека в упругой закритической стадии. Это позволило проводить оценку несудей способности при сдвиге," как по абсолютному критерию предельного состояния (состоянии полного исчерпания несущей способности), так и по условному (начало развития пластичзских деформаций в опасной точке). Дан также спо-

соб оценки несущей способности п^и сдвиге по критерию предельного развития пластических деформаций.

Сравнение теоретических и экспериментальных значений предельных нагрузок при сдвиге Опр и и их анализ показывает, что в расчетных оценках имеется большой разброс, :сак между нагрузками, определяемыми по одному методу, так и по разным методам. При разработке методов расчета на изгиб большинство авторов, начиная о К. Баслера (ВЛЗ. Каленов, М«Д. Корчак, Б,М. Броуде и др.) исходят из положения, что часть сжатой стенки, потерявшой устойчивость при изгибе, не работает (сжимающее напряжения в ней близки к 0) и она при расчете исключается из сечения, При этом при больших гиб-костях стенки сжатый пояс может потерять устойчивость до достижения в нем напряжений, равных пределу текучести. По исследованиям К. Баслера этого не произойдет, если А ^360 ^240/^3ч/ . Поэтому, чтобы не выполнять проверку на устойчивость СНиП П-23-81 п.18 распространяет свои требования по расчету БГС на балки с 1 ^13. Вопрос об оценке устойчивости сжатого пояса при Л У 13 пока не исследован. В восприятии изгибающего момента сечением тонкостенной балки стенка играет второстепенную роль, а поэтому, в отличие от сдвига, теории различных авторов дают здесь близкие к эксперименту результаты.

Для оценки несущей способности балки при совместном действии сдвига и изгиба большинство авторов используют построенные ими предельные кривые (кривые взаимодействия сдвига с изгибом). Б.М, Броуде принимает кривую ь виде двух прямых участков и четверти окружности, в СНиП она принята по параболе '♦-ого порядка, В.Б. Каленов и К. Баслер - в виде ломаного многоугольника (рис.1). Глубокого теоретического обоснования ее построения у перечисленных авторов мы не находим. Они, в основном, исходят из эмпирических соображений.

Из проведенного в работе анализа следует, что теоретические исследования проводились, в основном, над БГС симметричного сечения (имеющие одинаковые верхний и нижний пояса). При этом их несущая способность на сдвиг зависела от изгибной жесткости поясов и размеров сечения и отсека балки.

Во второй главе "Исследование работы стенок и поясов балки с гибкой подкрепленной стенкой (БГС) несимметричного сечения в упругой стадии" рассмотрены БГС несимметричного сечения, раоотающие в упругой, стадии при сдвиге, изгибе и их совместном действии.

При закритическом сдвиге силой Q > Окр отсека балки несимметричного сечения была принята линейно-диагональная модель работы отсека, построенная на следующих предпосылках:

- расчетным элементом является отдельный отсек, ограниченная слева и справа абсолютно жесткими ребрами жесткости, а сверху и снизу - гибкими, имеющими 'различную конечную на изгиб жесткость поясами;

- в стенке при Q } Окр возникают главные растягивающие 6l и сжимающие Ьг напряжения, действующие в площадках, пэрпендикуляр-ных растянутой диагонали ( ) и параллельных ей ( bl );

- напряжения (?) одинаковы вдоль линий, параллельных растянутой диагонали;

- напряжения bl по всей стенке одинаковы и с ростом нагрузки

остаются постоянными, и равными Для балки симметричного сечения возможность использования такой модели обоснована И.К. Погадаевым. Стенка в расчетной схеме отсека заменяется диагонально расположенными продольно-упругими связями, соединяющими ребра жесткости и пояса (рис. 2). В поперечном направлении сохраняется действие напряжений ■ . На основе этой расчетной модели (рис. 2) пояса работают как балки, лежащие на упругом основании (диагонально сгофрированной стенке),с переменными коэффициентами постели Кв( Хе ) для верхнего и Кн( Хн ) для нижнего поясов, зависящими от К . Уравнения изогнутых осей поясов после перехода к безразмерной переменной f = имеют вид

xl\fe) + 4&.Аг* ¡

Гi

ГДв B'.t.sm'B.cose . "/U ■ fo.-t.CO&.B* .

1(В,Н)П С ' J<e,H)tt

Ьг =

Общие решения уравнений (I) представлены в виде

_ _ Mr*) = + ЛенШ-Ш з- (2)

где tí/i (fe), решения (I) при ¿fe" At»" О и £раничных

условиях %{о) - (0) = Jtí-(i) * 0; fh (i) ° I и #„(()) »

. ¥¿(0) » Я* (I) » о; Шн (0 - Т

и (Ъ) • ый- то ПРИ = 1 и граничных усло-

виях ¡гв(0) - 82«(С) = У2а СО ^ У2в(0- 0;

¡йн(0)» Пн(0) = а?ДО = С0=О;

здесь Д{ - величина сдвига отсека от 0 .

Подставив значения перемещений осей верхнего и нижнего поясов (Ь»,н) (?) по в выражения, определяющие значения растягивающих напряжений в стенке согласно закона Гука

и после преобразования получим

Ш (•«,„ ^й. + л,.,«) + ^ 1 .

гдв Од - к ; V = 5/в + ;

, I

п , - В-ЬгтЬ.тВ . - [ Ё&ИЙ о м ¿г ■

и<В,н)--7--- > ^Ч") I -у--У.(Т)-йГ г

< -

о '

^а (Г) ~ функция влияния -для опорных реакций жестко-зацемленных балок (поясов) пролета /? от действия вертикальной единичной силы Р » I.

Значения Функций 5/(я/Л)И зависят только от относительной

гибкости поясов йю,н) и они вычислены для различных значений £ и представлены в таблице I.

По значениям нагрузок ^ пояса от стенки

М - Г- Йа'%. зтг6 а - • сГ/6 )

и известным смещениям их концов от сдвига отсека Д{ , получены выражения для значений квотных изгибающих моментов в поясах /^"'"'(Й) в любом сечении на относительном расстоянии ХГ-ог опоры А ®

_ в -

в2 1-Г

+%] + в ([ -

где Тл , Ув , Ус - функции влияния о и' Р « I для изгибающего момента в жестко-защемленной балке соответственно на опорах А и Вив точке С, где действует эта сила.

По (3) и (4) были построены эпюры растягивающие напряжений ЙСО в стенке и местных изгибающих моментов М (Я) в верхнем и нижнем поясах для БГС несимметричного сечения при различных соотношениях размеров. Характер распределения М(М)1<-азан на рис. 3. Анализ показал, что максимальное значение

Ш = \yimai

достигается в стенке на диагонали отсека, е. максимальное значение изгибающих моментов = Мта\ в надреберных сечениях верх-

него и нижнего поясов. П^ах и получены в виде

б*шж"-шЬг > С5)

МТа^О-В-Ки^АК^т'е) ; (6) ' й(К + 0>6*,п'& ^) ^ (7)

где Ып28'¡¡¿В-Е^

$/<Р о о г '

Значения Z^ получены для различных 0 и приведены в таблице 1< Из полученных результатов следует, что значения напряжений в элементах БГС несимметричного сечения при сдвиге зависят, главным образом, от относительных гибкостей поясов Ьд и 0» и, как вид-

но из рис. 3, в отличив от БГС симметричного сечения значения Нтях и П тал не одинаковы, а распределение растягивающих напряжений в стенке не симметрично относительно растянутой диагонали.

При исследовании изгиба за основу принята расчетная модель, предложенная и экспериментально обоснованная В.В. йа.*еновым (рис. 4), Расчетным сечением при чистом изгибе принималось условное сечение по рис.. 4. Величины ^ и Ч» (положение нейтральной оси) находилось из условия, что центр тяжести расчетного сечения балки совпадают с верхней границей растянутой зоны (рис. 4). В отличии от БГС с одинаковыми поясами, где центр тяжести расчетного сечения балки всегда ниже середины сечения и вследствие этого сжатый пояс всегда более нагружен, чем растянутый, в БГС несимметричного сечения за счет перераспределения материала между верхним и нижним поясами можно достичь того, что напряжения в сжатом и растянутом поясах станут одинаковыми.

Выражения максимальных значений напряжений в поясах и стенке от изгиба отсека моментом М имеют вид

С -И. у С - J± у

Vn - -i Итак , G>w~ .<¡wma-*- i

M Jtí (8)

где макоимальные из <fs , Ун viÜwa ,<f#>n (рис.4).

При исследовании совместного действия сдвига и изгиба принято, что напряженное состояние в стенке и поясах складывается из напряжений от воздействия поперечной силы Q ) Q при изгибающего момента N )Мкр(рис. 5). Напряжзнчя в верхнем и нижнем поясах от совместного действия сдвига с изгибом находятся по формулам:

= &<3в + i 9тац= Ввн+Ьт, ^

с гМ

где Ры - , рт = н.-Аы!.*) '

Устойчивость сжатоизогнутого пояса проверяется по условию

^= Л. ^ ^' ' (ю)

где коэффициент % находится согласно СНиП, при этом коэффициент

приведения длины принят по исследованиям И.К, Погадаева ^в

М- /2/у/1Г' • а геометрический эксцентриситет е ц = -_-д—• / - >/ г и» ^ , дпв

Напряжения в опасных точках стенки В и В находятся по формулам:

(и)

5-- У&{твв * та в ~ 6i шве •

б"-У'Si''тан + 6¿mae - &1тн • Fßmon где для точки в' £/|Iiae = £/отах _ fa . cos'$ .

fe mas = ~6z - 6m- sind ;

-Г Ca Sin26

L 8 = От -«-■■ j а для точки В «г

6/mQn = fornax + • COS & J

bimbn* -bl-tSm ^Q ; -f^ii^i.

При определении прогибов 5РС несимметричного сечения необходимо учитывать прогибы от сдвига отсеков, поскольку в тонкостенных конструкциях они станогятся заметными. Для значения полного прогиба в середине пролета шарнирно опертой балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, получена формула

1 ~ ÍUL + f-L'lK+b^ti-h)

r~ 38<t B-U frKw.t.sM ' (12)

В третьей главе "Исследование БГС несимметричного сечения при сдвиге и сдвиге с изгибом при развитии пластических деформаций в стенке и поясах" на основе модели разрушения К. Рокки и М. Шкалоу-дас ее уточнением И.К. Погадаевыи принята кинематическая схема механизма с учетом разных хесгкостей верхнего и нижнего поясов по рис. 6. В стадии предельного равновесия и образования механизма разрушения пролетные пластические шарниры в верхнем и нижнем поясах образувтся на разных расстояниях Cí и Cí от ребра жесткости. Сделав диагональный разрез и рассмотрев равновесие части отсека (рис. бб) гэлучена формула для определения значения предельной поперечной нагрузки

а - г.Пп,.ч ft.fr , г.Мын a 0

где M/i/t.e , Мили - пластические моменты сечений соответственно верхнего и нижнего поясов - Wn^a ■ 6¡jnb • Мпм? IÍW(?/„„>

It* $T'i>.Sitte ~6Z-t'Cos8 » (Д4;

Бг - предельная интенсивность максимальных растягивающих диагональных напряжений, при достижении которых в стенке начнут развиваться пластические деформации. Значение находится по условию Мизеса

Выражения для С1 и 01 определяются по условию минимума Опр по (13) и имеют вид __,

тогда о^агумин-ъ' + гуммЬ' (1б)

При сдвиге с изгибом модель механизма разрушения принималась согласно рис. 7. Решая эту задачу аналогично предыдущей (при сдвиге) и учитывая влияние изгибающего момента М на величины

5т » /*7я».8и Мпя.н. Значение бпрт можно определить по (16), подставляя тестоМп/.а я Мт.н - , Мпл.н - предельные значения изгибающих моментов, которые могут Еэспринимать сечения соответственно верхнего и нижнего поясов при развитии в них пластического шарнира и наличии в них напряжений 5т и £?т от изгиба отсека моментом М (рио. 7а).

• Мй, -- Мл,* 11-(&)") } = м™ 11 - (,

пи

где П = 2 - для листового пояса и П = 3 - для тавра ,

» Cltн ** погонные нагрузки, действующие со стороны стенки соответственно на верхний и нижний пояса, находятся по (14) с подстановкой вместо их значений ¡7тт«и бттн , определяемых с учетом напряжений в углах стенки дт и ВД от изгибающего момента по условию пластичности Мизеса. Проверку промежуточного отсека в стадии предельного равновесия при сдвиге с изгибом можно заменить о некоторым запасом условием

где Мир- меньшее значение предельного изгибающего момента, вычисляемое по условию (8).

В четвертой главе "Экспериментальные исследования БГС несимметричного сечения" приводятся результаты испытаний опытных БГС

несимметричного сечения. Для проведения экспериментальных исследований бчло изготовлено II опытных балок, 9 из которых состоят из двух отсеков (для испытания на сдвиг) и 2 - из трех отсеков (для испытания на сдвиг и изгиб). Балки имели разные верхние и нижние пояса, разные гибкости стенки (от 325 до 500) и разные соотношения сторон отсеков -Ц— = 1...1.93. Геометрические размеры опытных балок приведены в таблице 2. При испытании измерялись значения предельной поперечной нагрузки при сдвиге £)пр . расстояния местоположений пластических шарниров и С2 от ребер жесткости, полного сдвига отсека Ь f и напряжений в стенке и поясах при сдвиге отсека и его изгибе.

Опытные балки испытывались на специальной силовой установке в лаборатории кафодры "Конструкции и сооружения" Тверского политехнического института. Результаты испытаний опытных балок на сдвиг и изгиб и сравнение о теоретическим.! результатами приведены в таблице 3 и таблице Сравнения показывает, что экспериментальные значения местоположений пролетных пластических шарниров (при полном исчерпании несущей способности отсеке от сдвига) в верхних поясах С( меньше теоретических СТ в среднем на 1%, а в нижних поясах Сг меньше С1 тм 15%. При этом отклонение значений экспериментальных предельных поперечных нагрузок Опр от теоретических в среднем составило 6-9%.

Экспериментальные и теоретические значения нормальных напряжений в поясах от изгиба хорошо совпадают между собой и в среднем отклонение составляет 6-7?, При этом с увеличением'отношения площади сечения верхнего сжатого (выполненного из двух уголков) к нижнему (из листа) поясу до 1,25...1,3, нормальные напряжения в обоих поясах становятся равными.

В пятой главе. "Методика расчета и проектирования стальных балок с гибкими подкрепленными стенками несимметричного сечения" на основе теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в предыдущих главах, даны методика и указания по расчету и проектированию БГС несимметричного сечения с ребрами жесткости в упругой и упругопластической стадиях работы. Из условия экономичности сечения БГС несимметричного сечения с верхним сжатым поясом в виде тавра даны рекомендации по выбору оптимальных значений высоты и гибкости стенки и соотношения площадей в зависимости от действующей нагрузки, пролета балки и расчетного сопротивления

материала станки. Приведен пример расчета и проектирования.

3. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Исследования БГС несимметричного сечения, имеющих разнив по жесткости и площади сечения поясов, практически не проводилась и вследствие этого отсутствует методика их расчета и проектирования, хотя такие балки имеют в ряде случаев преимущества перед балками симметричного сечения.

2. Характер распределения растягивающих напряжений в стенке при сдвиге отсека в упругой стадии несимметричен относительно растянутой диагонали и зависит от изгибной жесткости поясов, а значения максимальных изгибающих моментов в поясах не равны между собой. Подучены формулы для определения максимального значения растягивающих напряжений 6(тжъ стенке на диагонали отсека и максимальных значений изгибающих моментов в верхнем М таки нижном Мтахпоясах, в их надреберных сечениях.

3. Выявлены особенности действительной работы отсека БГС несимметричного сечения при сдвиге в стадии предельного равновесия. Установлено, что в этой стадии пролетные пластические шарниры в верхнем и нижнем поясах образуются на разных расстояниях С1 и С2 от ребра жесткости. Получены формулы для определения предельной поперечной силы Опр и расстояний С( и С.2. , которые зависят от моментов текучести сечений поясов, толщины и про"ности стенки и размеров отсека.

4. Выявлены особенности работы БГС несимметричного сечения при сдвиге с изгибом в упругой и упругопластической стадиях. Получены формулы для определения напряжений в опасных точках стенки и в поясах в упругой стадии работ ч обоснованы условия, по которым можно провести прочерку прочности отсеков, работающих на совместное действие сдвига и изгиба в стадии предельного равновесия ,

5. Обоснована формула длт определения полного прогиба разрезной БГС несимметричного сечения в середине ее пролета с учетом сдвига отсеков в результате диагональных деформаций стенки.

6. Выявлена возможность эффективного практического применения БГС несимметричного сечения. Установлено, что за счет перераспределения материала между верхним и нижним поясами и при соответствующем выборе соотношений их площадей сечений можно более эф-

фективно использовать прочность материала поясов при изгибе отсека, а повышение жесткости сжатого пояса приведет к увеличении несущей способности балки на сдвиг и на локальную нагрузку,

7. Разработана методика расчета стальных БГС несимметричного сечения с ребрами жесткости и даны некоторые рекомендации по их оптимальному проектированию. Предложенная методика расчета и проектирования^ которая распределяется полностью и на балки симметричного сечения, дает возможность проектировать БГС несимметричного сечения, имеющие разные по площади сечения и жесткости пояса, и при этом стенки и пояса могут быть из разных марок сталей. Расчет можно выполнять по условиям работы стали в упругой и упругопластической стадиях в зависимости от характера действующих нагрузок и условий эксплуатации.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

*1. Кабер H.A. Влияние конструктивной формы балок с гибкими стенками на их эффективность // 1-ая научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов К ЛИ: Тез.докл.науч.конф. 1988г. - Калинин, 1988. - С. 43.

2. Жабер H.A. Экспериментальные и теоретические исследования балок с гибкой стенкой и поясами различной жесткости // 2-ая научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов ТвеПИ: Тез.докл.науч.конф. 1991 г. - Тверь, 1991. - С. 28.

3. 1абер H.A. Предельная нагрузка на сдвиг балок с гибкой стенкой (БГС) с различными сечениями верхнего и нижнего поясов / Тверской политех, ин-т. - Тверь, 1991 г. - Деп. в ВНИИНТПИ. -Вып. 9-12, 1991, № ПИЙ.

i.Û

0,5

Q/ö,

fea

0 и- СНиП/ • \ XU

' БР >уде/ D\ \ * \ * < \ л

Ка [6НОВ_ \ »

Л 1 Я

О 0.5

Рис. I.

M/Mv

Рис. 2.

3ft. Ми» (*0

Рис. 3.

Рис. А.

S'm.Qv 6/

Рис. 5.

Таблица значения функций $1 , Таблица I.

$2 %1\ и Я2 при различных Р

0 51 S2 71

200 0,39 5,675 0,0523 1,98 Ю~Ч

600 0,3078 3,27 КГ4 0,0371 8,6807 Ю~5

1000 0,26905 2,3298 КГ4 2,9375 Ю"2 5,6198 Ю"5

3000 0,208505 9,932 Ю"5 1,869 КГ2 2,446 Ю"5

5000 0,1828 6,455 Ю"5 1,4679 Ю"2 1,5126 КГ5

10000 0,1536 •3,56 КГ5 1,062 Ю"2 7,878 Ю"6

50000 ОДОЮ 7,885 ТО-6 5,041 КГ3 1,1988 КГ6

100000 0,0769 4,26 Ю"6 2,488 ИТ3 2,6508 КГ7

Геометрические размеры опытных балок

Таблица 2.

т Балка Продет Размеры сечения Предел текучести Гибкость Соотношение

п/п балки стенки верхнего пояса нижнего пояса стенки верхнего пояса нижнего пояса стенки сторон отсека В

см мм мм мм МПа МПа МПа t К

I Б1 290' 800x2 21-63x5. 160x9 315 303 400 400 1

2 Б2 290 ' 800x2 2 и 63x6 140x9 315 300 400 400 I

3 БЗ 220 [000x2 21.63x6 120x9 315 300 400 500 I

Б4 300 700x1,5 21.63x5 120x9 317 303 400 466 1,93

5 Б5 190 730x1,5 21.63x6 140x9 317 300 400 500 1,13

6 Бб 160 700x1,5 21_ 63x6 120x9 317 300 400 466 I

7 Б7 2150 650x2 2!_63х5 140x9 315 303 400 325 1.5

8 Б8 190 750x1,5 140x9 140x9 317 400 400 500 1.13

9 Б9 190 750x1,5 21-63x6 2 и 63x6 317 300 300 500 1.13

10 БЮ 190 800x2 1-63x5 + -139x9 140x11,2 315 351 395 400 I ■

II БИ 310 900x2 10 + -100x9 • 140x9 315 350 400 450 1,5

Результаты испытаний балок на сдвиг

Таблица 3.

№ п/п Марка балки о; о3 с! •Оде С? С? а

кН мм мм и

I Б1 148 340 160 1,01 0,89 0,83

2 Б2 158 334 135 0,96 0,95 0,92

3 БЗ 135,8 350 150 1,09 0,9 0,8

4 Б4 78,8 560 • 240 1.02 0,94 0,86

5 Б5 113.9 375 200 1,02 1,03 0,8

6 Бб 118,5 390 150 0,97 0,85 0,87

7 Б7 132,4 450 210 0.93 0,9 0,82

8 Б8 66,5 190 180 1,09 0,83 0,85

9 Б9 166,3 440 450 0,97 0,87 0,85

10 БГО 154 290 190 0,97 I 0,82

II БИ 138,6 500 180 1,06* 1,06 0,88

Сравнений теоретических и экспериментальных Таблица значений нормальных напряжений в поясах при изгибе моментом М = 0,71 М„Р

п/п Марка балки МпР Напряжения в поясах пт гт беи Бнп

АП8 А пи в верхнем беи в нижнем бнп Овп Бап Ом 11 Бнп

кН м

I Б1 346,8 I 210,3 165 1,04 1,02 1,27

2 Б2 388,5 1,25 215,4 205,3 1,01 1,01 1,05

3 Б2 456,3 1,48 210 <4 234,1 1,04 1,04 0,9