автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Влияние сварочных процессов на пространственную устойчивость усиливаемых под нагрузкой элементов стержневых конструкций

0И4693388

На правах рукописи

Михаськин Владимир Владимирович

ВЛИЯНИЕ СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ПРОСТРАНСТВЕННУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ УСИЛИВАЕМЫХ ПОД НАГРУЗКОЙ ЭЛЕМЕНТОВ СТЕРЖНЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

~ 3 И ЮН 2010

Санкт-Петербург 2010

004603388

Диссертационная работа выполнена на кафедре металлических конструкций и испытаний сооружений ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Белый Григорий Иванович (СПбГАСУ)

доктор технических наук, профессор Егоров Владимир Викторович (ПГУПС);

Ведущая организация:

кандидат технических наук, доцент Любаров Борис Исаевич (ООО «Стройреконструкция»)

ЗАО ПИ «Ленпроектстальконструкция» г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится 17июня2010гв 16.00 на заседании диссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.223.03 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190005, г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4, зал заседаний.

Эл. почта: rector@spbgasu.ru

Факс: (812)316-58-72

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

Автореферат разослан

мая 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук

У

Л.Н. Кондратьева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее время наряду с созданием новых современных промышленных предприятий зачастую экономически целесообразно реконструировать существующие. В связи с этим часто возникает необходимость усиления отдельных элементов конструкций по причине увеличения эксплуатационных нагрузок или наличия дефектов и повреждений. При этом присоединение дополнительных элементов в большинстве случаев выполняется при помощи сварки. Последняя сопровождается развитием специфических деформаций и напряжений, зачастую являющихся причиной снижения несущей способности. Исчерпывающей оценки термического влияния на пространственную работу и устойчивость усиливаемых элементов до настоящего времени ещё не дано. Поэтому исследование данного вопроса, имеющего особенно важное значение при усилении элементов конструкций под нагрузкой, представляется весьма актуальным.

Целью работы являются теоретические и экспериментальные исследования влияния термических напряжений и деформаций на напряжённо-деформированное состояние, пространственные деформации и устойчивость усиленных методом увеличения сечения стержневых элементов открытого профиля.

Научную новизну работы составляют:

- алгоритмы расчёта на прочность и пространственную устойчивость стержневых элементов открытого профиля с размещением элементов усиления в наиболее напряжённой зоне с учётом термических деформаций;

- результаты численного исследования теплового влияния сварки на пространственные деформации и устойчивость внецентренно-сжатых усиленных стержней;

- результаты экспериментальных исследований устойчивости несимметрично усиленных стержней двутаврового профиля с учётом термических напряжений.

Достоверность результатов проведённых исследований базируется на использовании хорошо апробированных теоретических основ и методов расчёта стержневых элементов металлических конструкций, удовлетворительном согласовании теоретических и экспериментальных результатов, а также на результатах проверочных расчётов, выполненных методом конечных элементов.

Практическая ценность работы заключается в разработке алгоритмов, программы на ЭВМ и практических рекомендаций по расчёту на пространственную устойчивость усиленных стержневых элементов. Инженерная методика, разработанная на примере двутаврового профиля, представлена в удобной форме, используемой в нормах проектирования, с введением факторов, характеризующих некоторые параметры усиления: технологические параметры сварки, эксцентриситеты приложенной нагрузки, гибкости усиливаемых элементов, уровень начального нагружения, место расположения элемента усиления относительно центра тяжести основного сечения, его длина, а также площадь.

3

Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы, представленные инженерной методикой расчёта на пространственную устойчивость двутавровых стержней, усиленных методом увеличения сечения при помощи сварки, приняты к внедрению ЗАО ПИ «Ленпроектстальконструкция», ОАО «СПбЗНИиПИ».

Апробация диссертации. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на 58, 59, 61, 62 международных научно-технических конференциях молодых учёных, проходивших в СПбГАСУ (СПб., 2005, 2006,2008,2009), а также на 62,63,64,66,67 научных конференциях профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов СПбГАСУ (СПб., 2005,2006, 2007, 2009, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть работ, в том числе одна - в рецензируемом издании, включённом в список ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Общий объём работы составляет 201 страницу, 70 рисунков и 17 таблиц. Список литературы содержит 181 наименование, из них 172 на русском языке.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика учёта тепловых деформаций при определении напряжённо-деформированного и предельного состояний в сечениях усиливаемых элементов (обобщённый алгоритм «Сечение»).

2. Алгоритм расчёта на пространственную устойчивость усиленных стержней, учитывающий термическое влияние сварки.

3. Инженерная методика проверки пространственной устойчивости усиленных при помощи сварки стержней.

4. Экспериментальные исследования внецентренно-сжатых двутавровых стержней, усиленных под нагрузкой.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются основные цели и задачи исследования, изложены сведения о научной новизне и практической ценности работы.

В первой главе приводится обзор работ по вопросам проектирования усиления металлических конструкций, при этом основное внимание уделяется методу увеличения сечения; рассмотрен ряд работ по исследованию сварочных напряжений и деформаций, отражающих влияние последних на несущую способность усиленных элементов; проанализированы работы, посвящён-ные расчёту тонкостенных стержней по пространственно-деформированной схеме, в том числе за пределом упругости; характеризуется современный уровень исследований несущей способности стержней, усиленных под нагрузкой методом увеличения сечения, в том числе с использованием сварки.

Прежде всего, упомянем, что исторически сложились и в настоящее время существует три основных метода усиления:

- увеличение площади поперечного сечения отдельных элементов конструкций,

- изменение конструктивной схемы всего сооружения или отдельных его элементов (иначе говоря, изменение расчётной схемы),

- регулирование напряжений.

Наиболее распространённым из перечисленных является первый метод, которому и посвящена данная работа.

Накопленный опыт в области усиления металлических конструкций впервые в отечественной практике был обобщён в монографии М.Н.Лащенко. Дальнейшее развитие этого вопроса связано с разработкой новых, более эффективных методов и приёмов усиления, изложенных в работах Г.А. Шапиро, Б.И. Беляева и B.C. Корниенко, М.М Сахновского и A.M. Титова, A.B. Силь-вестрова, М.Р. Вельского и A.M. Лебедева и других учёных.

Одним из первых предложений по расчёту прочности усиленных под нагрузкой элементов было сделанное в 1939 гБ.Г. Шварцбургом и ЯЛ. Куцён-ком. Экспериментальные исследования работы сжатых и растянутых элементов, усиливаемых до загружения и под нагрузкой, были проведены М.Н. Неминским и В.П. Кушневым. Теоретическое и экспериментальное исследование упругопластической работы балок, усиливаемых под нагрузкой увеличением сечений, было выполнено Е.И. Беленя и продолжено И.Я. Донником и М.Я. Шепельским. Устойчивость сжатых стержней, усиливаемых в напряжённом состоянии, рассматривалась В.М, Колесниковым.

Исследование работы сжатых элементов, усиленных под нагрузкой, бьшо продолжено И.С. Ребровым и его учениками A.B. Столбовым и А.П. Коноваловым. Предложенные И.С. Ребровым рекомендации по усилению балок и внецентренно-сжатых стоек включены в соответствующее разделы пособия по проектированию усиления стальных конструкций к СНиП П-23-81*.

Что касается термических напряжений, то здесь прежде всего необходимо отметить монографию Н.О. Окерблома «Сварочные напряжения и деформации», в которой впервые наиболее полно отражён механизм их образования, а также предложены методы, способствующие уменьшению сварочных деформаций и напряжений. Идеи Н.О. Окерблома были развиты в работах его ученика И.П.Байковой.

Общая теория температурных процессов при сварке была разработана H.H. Рыкалиным и отражена в монографии «Тепловые процессы при сварке».

Особенностям учёта сварочных напряжений применительно к судовым конструкциям посвящены работы Г.А. Бельчука, K.M. Гатовского, В.П. Волог-дина, С.А. Кузьминова.

Большое количество исследований отражает влияние остаточных напряжений на работу сварных элементов, среди них можно отметить работы

Л.П. Шелестенко, Я. Августына, Д.И. Навроцкого, В.И. Махненко, В.П. Вершинина, B.C. Игнатьевой.

С внедрением в расчётную практику ЭВМ всё большую популярность приобретали численные методы. Н.Н.Прохоровым предложен численный метод расчёта деформаций, возникающих при наплавке валика на кромку пластины. По сути это одна из первых попыток решить задачу Н.О.Окерблома численным методом. Сюда следует также отнести исследования В. А. Винокурова и А.Г. Григорьянца.

Влияние сварки на работу элементов, находящихся под нагрузкой, отражено в работах И.К. Родионова, Б.И. Десятова, Р. Кизингера, И.С. Реброва.

И.С. Ребров в своих исследованиях вводит существенную предпосылку об отсутствии перемещений из плоскости элемента и об отсутствии кручения. С целью исключения изгибно-крутильных деформаций предлагается использовать технологию усиления, которая будет способствовать обеспечению симметрии температурного поля относительно силовой плоскости, - последовательную сварку небольшими участками парных симметричных швов. Представляется достаточно трудновыполнимым соблюдение указанного выше допущения, поскольку параллельное наложение сварных швов в условиях существующих конструкций весьма сложно осуществить с точки зрения технологии производства работ. Кроме того, симметричное расположение элемента усиления в случае сжатых стержней может быть неэффективным и приведёт лишь к незначительному увеличению несущей спрсобности, так как ослабление сечения вследствие действия сварки увеличится.

П.А. Пяткиным теоретически и экспериментально были исследованы вопросы прочности и пространственной устойчивости стержневых элементов, несимметрично усиленных при помощи болтовых соединений. Разработана инженерная методика расчёта по форме, принятой в СНиП И-23-81* с введением новых коэффициентов, характеризующих влияние элементов усиления. Однако, предполагаемое усиление при помощи болтов не дало возможности оценить влияние сварки.

Резюмируя сказанное, отметим, что при решении задач подобного рода необходимо использовать теорию расчёта тонкостенных стержней по пространственно-деформированной схеме.

Основы теории устойчивости стержней были заложены в работах JI. Эйлера, Ф. Энгессера, Ф.С. Ясинского, Т. Кармана, Ф. Шенли. Распространение на случай неупругих деформаций эта теория получила в работах К. Ежека, Н.С. Стрелецкого, А.Р. Ржаницина, С.Д. Лейтеса, A.A. Пикювского, A.B. Геммерлинга, Г.Е. Вельского и многих других учёных.

Изучению устойчивости тонкостенных стержней, подверженных действию сжимающей силы с двухосными эксцентриситетами, посвящены работы П.Я. Ларичева, Ю.Д. Копейкина, В.В. Пинаджана, А.З. Зарифьяна, Г.М. Чувикина, P.A. Скрипниковой и некоторых других. Все исследования ба-

зируются на технической теории В.З. Власова и уравнениях равновесия для пространственно-деформированной схемы, полученных В.З. Власовым, Б.М. Броуде, Л.Н. Воробьёвым, С.П. Вязьменским, впоследствии обобщённых Е.А. Бейлиным. Данные уравнения являются весьма громоздкими и практически не допускают решения в замкнутом виде даже при упругой стадии работы материала.

Г.И. Белым предложен приближённый аналитически-численный метод расчёта тонкостенных стержней по деформированной схеме. Решение основано на аппроксимации пространственных форм деформирования в виде линейной комбинации частных форм: форм, полученных расчётом по недеформиро-ванной схеме, и форм потери устойчивости, вытекающих из решения бифуркационных задач устойчивости. Физическая нелинейность учитывается введением дополнительных пространственных перемещений сечений стержня.

Этот метод использовался в работах НР. Сошикова, Н.Н. Родикова, П.А. Пят-кина, И.В. Астахова, многих других исследователей, а также в данной работе.

В заключение главы определена цель настоящей диссертации — теоретическое и экспериментальное исследование прочности, пространственных деформаций и устойчивости стержневых элементов открытого профиля, усиленных под нагрузкой методом увеличения сечения при помощи сварки, а также разработка практических методов их расчёта на пространственную устойчивость, свободных от указанных недостатков.

Во второй главе описываются некоторые известные физические и механические явления, влияющие на образование деформаций и напряжений при сварке: дилатометрический эффект, структурные н фазовые превращения, упрочнение металла околошовной зоны, а также природа усадочной силы. Приводится решение дифференциального уравнения теплопроводности. Изложен метод теоретического определения сварочных деформаций и напряжений Н.О. Окерблома.

Определение температурного поля при сварке сводится к решению двумерного дифференциального уравнения теплопроводности (1) для каждого из элементов (пластин), входящих в состав стержня:

При помощи метода конечных разностей (МКР) в форме локально-одномерной схемы, разработанной А.Н.Тихоновым и А.А.Самарским, выражение (1) сводится к системе линейных алгебраических уравнений. Решение последней осуществляется с использованием метода прогонки. Результатом вычислений являются температуры в узлах сетки МКР в момент времени т.

Далее в главе на основе решения (1) продемонстрированы некоторые результаты численного исследования и проиллюстрировано влияние некото-

и-е-ст

(

х

((Г+273)4 - (Т0 + 273)4)+ д.

(1)

х

рых известных факторов, таких как, скорость охлаждения, мощность дуги и скорость её передвижения, на распределение температур.

Показано образование сварочных напряжений и деформаций в соответствии с методом Н.О.Окерблома на примере неравномерного нагрева полосы, на кромку которой осуществляется наплавка валика (рис. 1). Упругопласти-ческие деформации в данном случае представляют собой разность свободных температурных ес1 и соответствующих гипотезе плоских сечений ен. Заштрихованная на рис. 1 эпюра упругих деформаций определяет «сварочные» напряжения каждого волокна. При Т ~ 600 °С значения механических характеристик стали падают практически до нуля, поэтому область в районе сварного шва характеризуется наличием чисто пластических деформаций.

Рис. 1. Распределение упругопластических деформаций по сечению

В третьей главе исследуются напряжённо-деформированные и предельные состояния в сечениях усиленных под нагрузкой стержневых элементов открытого профиля при помощи сварки. Описывается метод определения деформаций и напряжений В.П. Коломийца, обобщённый Г.И. Белым на общий случай загружения при произвольном размещении дополнительных элементов усиления. Упомянутый метод, получивший название алгоритм «Сечение», обобщён нами на случай учёта тепловых деформаций.

В решении задачи приняты следующие ограничения по форме и условиям симметрии сечения:

1. Усиленное сечение должно быть открытого профиля.

2. Сечение может быть moho-, бисимметричным, а также не иметь ни одной оси симметрии.

При оценке напряжённо-деформированного состояния усиленных элементов будем исходить из общепринятых положений, установленных в технической теории тонкостенных стержней открытого профиля В.З. Власова.

В качестве критерия, определяющего предельное состояние по прочности, в соответствии со СНиП 11-23-81*, будем использовать предельную деформацию Етах = етк • (е?Иу)= 4.

Для удобства исследования поведения стержневых элементов в процессе сварки и роста нагрузки решение будем вести в приращениях. Считая справедливой гипотезу плоских сечений в сочетании с законом секториальных площадей, запишем выражение для приращения относительной деформации волокна в виде:

Де4 = Ае0 - Ди"хк - А^ук - Д0"ш,. (2)

Влиянием касательных напряжений на развитие пластических деформаций в задачах устойчивости, как это было показано С.Н. Сергеевым, можно пренебречь. Поэтому в сечении рассматривается комплекс силовых факторов N. Му, Мх, Вщ, при котором будем иметь, следуя В.П. Коломийцу, выражения для приращений усилий с учётом дополнительных членов, введённых Г.И. Белым, которые учитывают стеснённое кручение:

АМ = Аго±ЕкААк-Аи^хкЕкААк-А^±укЕкААк ~

4=1 4=1 4=i

-Де"£ш кЕкААкг

4= 1

= Аг0£хкЕкААк-Аи"£х2кЕкААк-А^±укхкЕкААк -

к-\ *=1 Ы

т

-Д9 "2,хкщЕкААк, (3)

4=1

АМ, = Аг0^укЕкААк - Аи"£хкУкЕкААк -А у"^угкЕкААк-

4=1 4=1 4=1

-Ад"£ук(0кЕкАЛк,

4=1

ДВа = Аеа]ГсокЕкААк-Аи"£хк(окЕьААк -А^^укщЕкААк -

4=1 4=1 4=1

4=1

В случае термического воздействия для ненагруженного сечения будем иметь нулевые усилия [левые части (3)], так как в данном случае напряжения являются самоуравновешенными. В таком случае для получения ненулевых перемещений по (3) необходимо задаться некоторыми фиктивными усилиями, вытекающими из решения температурной задачи:

М' =£а.(тк)-АТк -Ек(тк)-&Ак, АМ^у =^а(Тк)-АТк-Ек{Тк)-ААк-хк, *=] к* 1 т т М)

А^^{тк)-АТк-Ек{Тк)-ААк-У1, АВ{ = %а(тк)-АТк-Ек(Тк)-Мк-тк.У

*=1 4=1

Упругопластические деформации при тепловом воздействии будут определяться разностью относительных деформаций и свободных температурных: Аеск±Агк-а-АТк. (5)

Порядок определения напряжённо-деформированного состояния несимметрично усиленного стержня в момент времени т показан на рис. 2.

Рис. 2. Схема определения НДС от теплового действия сварки

Как было показано Г.И. Белым и П.А. Пяткиным, наиболее эффективным является размещение элемента усиления в наиболее напряжённой зоне. Для этого она предварительно определяется расчётом по пространственно-деформированной схеме, или, в упрощённом варианте, расчётом по прочности.

Сечение разбивается на ряд малых площадок (рис. 3). В центре тяжести каждой из них будем определять температуры, деформации и напряжения.

В ' "||[||п IX ААк

У. * 4

Рис. 3. Сечение усиленного стержня 10

Методика определения напряжённо-деформированного состояния в сечении представляет собой алгоритм «Сечение», разработанный Г.И. Белым, который следует обобщить на случай учёта тепловых деформаций.

Имея значения температур волокон, вычисляем приращения усилий по (4). Затем, решая систему уравнений (3), определяем приращения компонент деформаций Де0, Ды", Ду", Д0". Далее вычисляем приращения относительных деформаций волокон по (2). Суммируя полученное приращение с деформацией к данному моменту времени, получаем полную деформацию волокна гк. Затем определяем упругопластические деформации по (5).

По еск и температуре волокна находим модуль упругости по известной диаграмма ст-е. Далее определяем напряжения:

ск=4-Ек. (6)

На этом заканчивается первая итерация. Вторую итерацию начинаем с вычисления внутренних усилий по найденным напряжениям во втором приближении:

т /и

а=1 ы

т т (7)

В1/=^к-Мк-тк.

*=1 к=Л

Эти усилия не должны превышать наперёд заданного малого числа. Если они его превышают, продолжаем итерационный процесс, принимая в качестве исходных данных эти усилия.

На основе обобщённого алгоритма «Сечение» разработана программа на языке С#. Данная программа позволяет численно исследовать напряжённо-деформированные и предельные состояния элементов в сечении открытого профиля, загруженных комплексом усилий, вызывающих нормальные напряжения, с учётом физической нелинейности и тепловых деформаций. Ниже приведены некоторые результаты расчётов.

На примере внецентренно-растянутого широшполочного двутавра 20Ш1, усиливаемого уголком 50x5 в наиболее напряжённой зоне при уровне начального нагружения Р = оа тах I /?у = 0.4 (N = 4.7т ), продемонстрированы характерные эпюры напряжений и деформаций (рис. 4). Сплошной линией показаны эпюры линейных деформаций ек, штриховой - эпюры упругоплас-тических деформаций еск. Эпюра остаточных напряжений (рис. 4, б) характеризует их распределение после полного охлаждения обоих швов; эпюра, соответствующая предельному состоянию усиленного на сварке сечения, показана на рис. 4, в. Видно, что напряжения распределяются по сечению крайне неравномерно, достигая после охлаждения значений близких к пределу текучести

в зоне шва. Важно отметить, что элемент усиления в предельном состоянии полностью находится в пластическом состоянии.

С целью выявления температурного влияния на прочность усиленных элементов был выполнен сравнительный расчёт усиления на болтах и на сварке для трёх случаев начального нагружения при е = 50мм (рис. 5). Из графиков видно, что способ усиления (механический или термический) и начальное нагружение не оказывают существенного влияния на предельную силу при любом значении эксцентриситета, что подтверждает в том числе известное положение об отсутствии влияния начальных напряжений на прочность при условии критерия ограниченных пластических деформаций.

напряжения 1.1

и

©

к

1111

и

—+У

»□и

Ра-

гш □

®

сЬорше

деформации /V-1. 7т И

ШШ1т

и

а и

ли

Рис. 4. Напряжённо-деформированное б и предельное в состояния в сечении усиленного стержня а при Р = 0.4

В отличие от остаточных, временные напряжения (существующие во время нагрева и охлаждения) существенно влияют на прочность нагреваемых элементов в процессе усиления. На рис. 6 показано изменение величины касательного модуля, являющегося в данном случае функцией температуры, в момент максимального нагрева волокон верхней полки. Из рис. 6 видно, что упругие свойства (тонкая линия) резко снижаются при приближении к зоне высоких температур и в районе сварного шва уменьшаются до нуля (жирная линия). Для стенки и нижней полки искомая зависимость не показана, поскольку в них отсутствуют пластические деформации.

усиление на ¡о/тех

---М

---

----м>

уситнс ив сбарке -----Ц.С

- М<

---0.0.1

Рис. 5. Предельные состояния в сечении элемента, усиленного при разных уровнях начального нагружения для двух случаев: на сварке и на болтах

Как показали расчёты, возникающее ослабление сечения в среднем составляет до 10 % от площади неусиленного элемента для данного стержня. Из этого следует, что исчерпание несущей способности при высоких уровнях начального нагружения р возможно уже в процессе усиления.

ЕгЕ-ЕгО

и

сборной / шоЬ

зона

ослабления

Рис. 6. К вопросу влияния временных напряжений на прочность

В четвёртой главе исследуется пространственная устойчивость усиленных под нагрузкой с использованием сварки стержневых элементов конструкций открытого профиля; даётся оценка обоснованности применения плоской схемы потери устойчивости по сравнению с пространственной; приводится сравнительный анализ расчётов, выполненных по алгоритму «Стержень» и методу конечных элементов; предложена инженерная методика расчёта усиленных стержней.

В качестве объекта рассматривается стержневой элемент, загруженный продольной сжимающей силой № с двухосным эксцентриситетом ех,еу (рис. 7, а). Закрепление на опорах принято шарнирным в двух плоскостях, а закручивание концевых сечений отсутствует (вилочные опоры).

Работу элемента усиления, находящегося в наиболее напряжённой зоне, будем рассматривать как действие растягивающей силы И* с эксцентриситетами относительно главных осей х,у неусиленного элемента (рис. 7, б).

Рис. 7. Расчётная схема несимметрично усиленного стержня

Для решения задачи устойчивости по пространственно-деформированной схеме воспользуемся деформационной теорией расчёта упругих стержней В.З. Власова, обобщённой Б.М. Броуде и Е.А. Бейлиным. Тогда система дифференциальных уравнений применительно к неусиленному элементу, но с дополнительным действием , после предварительного интегрирования первых двух уравнений примет вид;

Е1уи"-(№(м; - м? )• е+(л/;«'= м°,

-с/4ем+(м; -м?)и"-(м; -л"*)ви= о,

где х,у - главные оси сечения; lxJy - главные осевые моменты инерции; /ш - секториальный момент инерции; /4 - момент инерции при чистом кручении; £,'(? - модули линейной и сдвиговой деформации; ip = + iy - полярный радиус инерции; № - продольная сила; М° - крутящий момент; k(z)v(z) - функции перемещений сечений вдоль осей х,у соответственно;

- угол закручивания сечений; z-zll\ I - длина стержня; М°,М° -изгибающие моменты, полученные расчетом по недеформированной схеме. Напомним, что все геометрические характеристики в (8) относятся к неусиленному, симметричному сечению.

Считаются справедливыми те же кинематические и статические гипотезы и допущения, что и перечисленные в третьей главе.

Для решения (8) используем аналитически-численный метод Г.И. Белого, в соответствии с которым общие пространственные деформации усиленного стержня ищутся в виде линейной комбинации частных решений:

и = и.+и„+»,+«„, v = vB+vll+vy+via, e^A+e.+e^+e.., (9)

где m0,v0,Ö0 - начальные перемещения и начальный угол закручивания сечений; uH,vH,Qu — перемещения и угол закручивания сечений, определяемые расчётом по недеформированной схеме; иу = Uy-ф^) v = V • ty^} = Qy — функции, вытекающие из решения бифуркационной задачи устойчивости, которые решаются с точностью до констант Uy,VytOy, имеющих соответствующие перемещениям размерности, Oj,(z)=

= sin(jtz); им, , 0М - перемещения и угол закручивания,; учитывающие развитие пластических деформаций и температурное влияние сварки, которые аппроксимируем в виде тригонометрических полиномов* удовлетворяющих граничным кинематическим условиям задачи (получены H.H. Родиковым):

>1=1 /2= 1

v«0= К •л-.й+Х^ л,20 (10)

ч

«2=1

Подставив (9) в (8), имеем:

'ц, = Е1уи/-(№ -м^)е+(м; -мг )•«■= о,

4 = Е1аву'у - с/ке/+(м,° - м? )«"-(л/° - м* )• у"+

Применив метод Бубнова-Галёркина для решения (11): 1 1 _ •

= ¡1^/^ = 0, ¡¿виус/г = 0, (12)

о о о

получим систему трёх алгебраических уравнений относительно неизвестных констант функций потери устойчивости С/у,Уу,<Эу, решив которую будем иметь все компоненты полных перемещений (9). Зная их, можно определить деформационные усилия:

Мх = (м°х - М?)- {№ - л^ )• v + (м; - М* )• 8,

му=(м; -м* У(№-^)-и+(м°х-м? )е,

Описанный алгоритм носит название «Стержень».

Ниже на рис. 8 показан порядок решения деформационной задачи.

(13)

Нахождение вабкобестго состояния

Г

щюсщшнсшбеше деформации -

ихв

1_.

задача

Деформационные Алгоршм

усилия "Сечение"

| УГ.Г.В

метод коткаций

П

Алгоритм "Стержень" дтляжяьше перемещения "тЬвш

Рис. 8. Схема определения пространственных деформаций и устойчивости усиленного элемента

Работу усиливаемого элемента разделим на три этапа. До усиления. Пошаговое увеличение силы № продолжаем до некоторого значения N° и соответствующего ему коэффициента начального нагруже-ния Р = о0-тах / , где о0 тах - напряжение в наиболее нагруженном волокне

неусиленного стержня. При этом дополнительные усилия равны нулю.

Во время усиления. Приварка элемента усиления при постоянной силе N°. Определение сварочных перемещений, возникающих вследствие ослабления сечения (уменьшения модуля упругости) и появления температурных деформаций, производим с помощью алгоритма «Сечение».

После усиления Дальнейшее ступенчатое увеличение продольной силы № до момента потери устойчивости (расходимости итерационного процесса).

В первом приближении на этапе <ф> пространственные деформации (9) принимаем с предыдущего шага нагружения <д-1». Задаём продольной силе

очередное приращение Л^ = №]А +ААГ. Вычисляем деформационные усилия (13) при нулевых значениях Л^ ,Му и устанавливаем их приращения:

Ш,=М{-М{А, Шу=М'у-М>;\ Ава = в1-в:'\ (14)

Попутно заметим, что на втором этапе передаём в алгоритм «Сечение» вместо (14) приращения фиктивных усилий (4), предварительно решив температурную задачу. Обращаясь к алгоритму «Сечение», определяем приращения кривизн и второй производной угла закручивания для усиленного сечения. Далее, используя метод колпокаций и принятые аппроксимирующие функции (10), определяем перемещения и угол закручивания, учитывающие развитие

пластических деформаций (и^У^ув^), а также тепловое влияние сварки на втором этапе.

Вычисляем усилия Nyc по напряжениям волокон элемен-

та усиления, полученным в алгоритме «Сечение»:

№=%ак-ААк, М?=±ск-ААк-хк,

(15)

Л/Г=£ст4.ДАк-ук, В:=±*к-Мк-хк-ук.

Ы к-1

Решив систему (11), определим константы С/у,Ргу,©у, а, следовательно, перемещения иу,уу,Ву .

Определяем во втором приближении пространственные деформации (9) и деформационные усилия (13).

На этом заканчивается первая итерация алгоритма «Стержень». Итерационный процесс продолжаем до тех пор, пока разность между усилиями на двух соседних итерациях не будет находиться в пределах заданной точности.

С ростом нагрузок сходимость процесса ухудшается, и на определённом этапе он становится расходящимся. Это соответствует нарушению устойчивости процесса деформирования, тогда приращение продольной силы ддг принимаем меньшего значения. Таким образом, с требуемой точностью определяем величину нагрузок, при которых процесс ещё сходится. При этом достаточно малое приращение нагрузки приводит к расходимости процесса. Эти нагрузки считаем предельными.

На основе алгоритма «Стержень» разработана программа на языке С#, которая позволяет численно исследовать пространственные деформации и устойчивость внецентренно-сжатых двутавровых стержней, несимметрично усиленных с помощью сварки.

В качестве примера на рис. 9 показаны кривые повышения устойчивости для болтового и сварного соединения (в скобках указан уровень начального нагружения Р). Площадь элемента усиления составляет: Аус= 0.145 А0. Из графиков хорошо видно, что в случае применения болтов указанная зависимость практически линейная даже для больших значений р. Для сварки же даже для изначально усиленного элемента она имеет ярко выраженную нелинейность. Кроме того, для больших гибкостей в результате появления значительных остаточных деформаций от термического влияния эффект усиления резко падает.

0 а

1

4>

3

А в . О Б

70 60 50 40 30 20 10 0

60

Ч

80

100 гибкость

120

140

-болты{0%) -сварка(0%)

-болты(40%) • •сварка(40%) ■

-болты(80%) *сварка(80%)

Рис. 9. Влияние гибкости, уровня начального нагружения Р, а также способа усиления на повышение устойчивости

На рис. 10 показаны графики зависимости предельной силы от направления двухосного эксцентриситета е = 2см {тх= 0.25, ту -1.81) и уровня начального нагружения р для стержня гибкостью = 120. Кривые построены в полярных координатах. Анализ результатов позволяет сделать вывод о том, что наиболее эффективным усиление будет в случае расположения дополнительного элемента в наиболее напряжённой зоне (левый верхний квадрант). При других направлениях возрастание устойчивости незначительно.

- неусиленны и элемент

усиление на с барке

---№

-----

-----Р-0.8

Рис. 10. Влияние направления эксцентриситета е на величину предельной силы при усилении на сварке

Для оценки действительной работы усиленного элемента выполним сравнительный расчёт симметрично усиленного профиля по пространственно-деформированной и плоской схемам. На рис. 11 показана схема сечения усиливаемого элемента. Усиление предполагается в виде стальной полосы (60 х 8)лш, располагаемой на верхней полке двутавра симметрично относительно вертикальной оси. Прикрепление осуществляется при помощи сварки. Постоянный эксцентриситет в плоскости меньшей жёсткости принят в виде случайного еь = И 20 + / / 750 = 0.45с.м . В плоскости большей жёсткости величина эксцентриситета переменная.

На рис. 12 показаны графики предельных сил в зависимости от относительного эксцентриситета в плоскости большей жёсткости и расчётной схемы (плоской и пространственно-деформированной). Установлено, что использование плоской схемы, не учитывающей изгибно-крутильные деформации, приводит к существенному завышению устойчивости на (10 -г 42)%.

Рис. II. Симметричное усиление верхней полки двутавра

проапржтбешо-деформироНанная плоская схема схема

— неусиленный элемент —юусшешшйэлемет

— изначально усиленный элемент (0=0) —изначально усиленный элемент (0*0)

— усиленный элемент (P-Q.il — усиленный элемент (0*041

— усиленный элемент (0*0.8) —усиленный элемент (0*0.8)

Рис.. 12. Графики предельных сил в зависимости от относительного эксцентриситета

С целью проверки достоверности теоретических расчётов по разработанному алгоритму было проведено решение аналогичных задач с использованием метода конечных элементов при помощи программного комплекса АЫБУ8. Сравнивая полученные результаты, можно отметить, что значения предельных нагрузок и дополнительных сварочных прогибов (горизонтальных участков) удовлетворительно согласуются. Разница значений не превышает 8 %. В целом можно сказать, что создание точной модели, адекватно описывающей процесс усиления при помощи сварки, даже в таком универсальном программном продукте как АИЗУБ, является весьма трудоёмким, по-

скольку в процессе расчёта изменяется геометрия поперечного сечения, причём это происходит постепенно по мере заварки швов. Немаловажное значение имеет и время расчёта, которое на два порядка больше, чем при использовании алгоритмов «Сечение» и «Стержень».

В заключение главы предложена инженерная методика проверки пространственной устойчивости усиленных с помощью сварки стержней, представленная в форме СНиП Н-23-81 *:

N „

к -ф -А Ъ 06)

УС о

где Л„,Куо - площадь сечения и расчётное сопротивление металла неусиленного стержня; Ф^ - коэффициент снижения расчётного сопротивления при внецентренном сжатии, учитывающий пространственную работу неусиленного стержня, введён Н.Н. Родиковым; к^ -коэффициентусиления,учитывающий не только присутствие дополнительного элемента, но и влияние сварки. Коэффициент ку, зависит от двухосных относительных эксцентриситетов тх=еу/ рх, ту=ех/ ру; условной гибкости в плоскости меньшей жёсткости Хх; соотношений радиусов инерции ¡уНх; площади элемента усиления Ау;

координат центра тяжести элемента усиления ; уровня начального на-

гружения р.

На рис 13, в представлены некоторые значения коэффициентов к^ Для зоны, указанной на рис. 13, а. Для сравнения приведены значения для усиления на болтах (сплошной линией) и на сварке (штриховой линией). В результате анализа графиков выделена наиболее эффективная зона (40 + 80)°, заштрихованная на рис. 13, б.

В пятой главе описаны постановка, порядок проведения и результаты экспериментального исследования пространственных деформаций и устойчивости внецентренно-сжатых двутавровых стоек, усиленных под нагрузкой с помощью сварки.

Экспериментальные исследования проводились с целью подтверждения теоретических расчётов и осуществлены в механической лаборатории СПбГАСУ.

Всего испытано двадцать восемь стальных стержней, разбитых на четыре гибкости Ху =60,90,120,140. Сечение основного элемента-двутавр 18Б1, сечение элемента усиления - уголок 50x5. Площадь сечения элементов усиления составила 25 % от площади сечения стержней, длина - 75 % длины образцов.

Соединение основного элемента и элемента усиления осуществлялось с помощью двух фланговых шпоночных швов. Длины концевых участков сварных швов принимались в соответствии с предварительным расчётом. Размеры промежуточных шпонок назначены конструктивно............

усиление на болтах

1-т,*0.75

2-т,-1.0

3-т,=1.5 4 - т,=3.0

5-т, =6.0 усиление на сборке

6-ш,=0.75

7-т,=Ю

8-т,=1.5

9-т,-3.0 10 -т, =6.0

О 20 40 60 80 ^

Рис. 13. Графики коэффициентов усиления к^ (гибкость 120, р = 0.4) в зависимости от относительных эксцентриситетов

Установка для испытания моделей колонн на внецентренное сжатие была сконструирована на базе 500-тонного пресса фирмы «Амслер». Нагрузка на модели передавалась с помощью специального опорного приспособления, которое имитировало одновременно шаровой шарнир и вилочную опору.

Перед испытанием у образцов замерялись начальные искривления оси в двух плоскостях и углы закручивания сечений, которые были учтены при определении теоретических значений предельных сил и пространственных деформаций.

Линейные деформации измерялись тензорезисторами КФ5. Перемещения регистрировались прогибомерами ПАО-6 с ценой деления 0,01мм. Перемещения замерялись в среднем и опорных сечениях.

Значения относительных эксцентриситетов принимались следующими: /их =0.54,/и, =0.65.

Основные результаты испытаний представлены в виде таблиц и графиков зависимости перемещений и углов закручивания сечений от гибкости и уровня начального нагружения.

В качестве одного из примеров на рис. 14 показаны графики в координатах «нагрузка-перемещение» для гибкости 120, отражающие все три компо-

К см

\ Л л\

V ли

3 2 10 QxlO'!pad

/ / / (1 ||

L / 4= fe

>

2 1.5 1 0.5 О

неусиленный элемент

- теория

----эксперимент

и, см

i i ¡ ! i

V ..J

О -0.1 -0.2 -0.3 -ОА

усиление на сборке

---Р=ОЛ (теория)

---Р=ОЛ (эксперимент)

----р=0.8 (теория)

-----¡3=0.8 (эксперимент)

Рис. 14. Графики зависимости пространственных деформаций для стержня гибкостью 120

нента пространственных перемещений среднего сечения стержня и , V и 0. Приведены кривые, соответствующие теоретическому расчёту, а также полученные в результате эксперимента, что дало возможность их сравнить и оценить возможные расхождения. В целом можно сказать, что теоретические кривые подобны экспериментальным и характер деформирования идентичен, а полученные результаты достаточно удовлетворительно согласуются между собой. Это свидетельствует о том, что разработанный алгоритм расчёта достаточно адекватно описывает действительную пространственную работу двутавровых стержней, усиленных под нагрузкой при помощи сварки.

Несущая способность по результатам эксперимента увеличивается

на (27 ч-75)% в зависимости от уровня начального нагружения и гибкости.

Повышение эффективности наблюдается с увеличением гибкости, за исключением X = 140, и уменьшается с увеличением начальной нагрузки. Расхождение между соответствующими значениями предельных сил, полученными из эксперимента и теории, укладывается до 10 %.

Основные результаты и выводы

1. Разработаны алгоритмы и программа расчёта на прочность и пространственную устойчивость усиленных под нагрузкой при помощи сварки методом увеличения сечения стержневых элементов открытого профиля при общем случае размещения элементов усиления. За основу приняты хорошо апробированные алгоритмы «Стержень» и «Сечение», разработанные Г.И.Бе-лым, которые были обобщены на случай учёта тепловых деформаций.

2. Установлено снижение эффективности усиления сжато-изогнутого

элемента в результате сварочных процессов в пределах (10 *50)% в зависимости от различных факторов, таких как: гибкости, величины и направления двухосных концевых эксцентриситетов продольной силы, места постановки элемента усиления, остаточных сварочных напряжений, а также уровня начального нагружения.

3. Подтверждено, что рациональным является место размещения дополнительного элемента в зоне наибольших напряжений неусиленного элемента. При этом повышение несущей способности относительно введённой площади усиления возрастает в несколько раз. Так, например, при увеличении

площади на 14.5 % устойчивость повышается в пределах (27 -=- 55)% в зависимости от гибкости. .

4. Показано, что использование плоской схемы при расчёте устойчивости двутавровых стержней, загруженных в плоскости большей жёсткости и с учётом случайного эксцентриситета из этой плоскости, приводит к существенному и необоснованному завышению устойчивости в зависимости от гибкости и величины эксцентриситетов по сравнению с расчётом по простран-

ственно-деформированной схеме. Так, например, для двутавра 23Б1 искомое расхождение составляет (10*42)%.

5. Выполнен сравнительный анализ расчётов двутаврового элемента по разработанным алгоритмам и методом конечных элементов, который показал удовлетворительную сходимость результатов. Установлено, что принятые гипотезы и предпосылки в разработанных алгоритмах являются обоснованными. Разработанный алгоритм и программа позволяют получать результаты расчёта на несколько порядков быстрее, чем при использовании МКЭ.

6. Разработана инженерная методика расчёта на пространственную устойчивость с введением коэффициентов кх, характеризующих влияние элементов усиления и сварки. Использование этих коэффициентов позволяет обеспечить внедрение результатов по форме, принятой в СниП П-23-81*.

7. Экспериментально исследована устойчивость усиленных под нагрузкой при помощи сварки двутавровых стержней, сжатых с двухосными эксцентриситетами. Характер деформирования свидетельствует о пространственных деформациях, которые проявляются с самого начала нагружения. Это подтверждает необходимость использования пространственно-деформированной схемы в расчётах на общую устойчивость. Результаты теоретических исследований удовлетворительно согласуются с данными эксперимента.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Михаськин, В.В. Влияние сварочных процессов на пространственные деформации и устойчивость усиливаемых под нагрузкой стержневых элементов / Г.И. Белый, В.В. Михаськин // Изв. высш. учеб. заведений. Стр-во. -Новосибирск, 2009. -№11/12. -С. 3-11 (из списка ВАК).

2. Михаськин, В.В. К вопросу о влиянии сварочных деформаций на напряжённо-деформированное состояние усиленных сжатых элементов /

B.В. Михаськин, П.А. Пяткин // 64-я науч. конф. проф., преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та: сб. докл. / С.-Петерб. гос. архи-тектур.-строит. ун-т. - СПб., 2007. - 4.1. - С. 53-58.

3. Михаськин, В.В. Методика определения деформированного состояния стальных стержней при сварочном нагреве / В.В. Михаськин // Актуальные проблемы соврем, стр-ва: 59-я междунар. науч.-техн. конф. молодых учёных: сб. докл. / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит, ун-т. - СПб., 2006. —4.1. -

C. 18-24.

4. Михаськин, В.В. Некоторые подходы к решению задачи по определению температурных полей при усилении стальных конструкций с использованием сварки / В.В. Михаськин // Актуальные проблемы соврем, стр-ва: 58-я междунар. науч.-техн. конф. молодых учёных: сб. докл. / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2005. - 4.1. - С. 24-29.

5. Михаськин, В.В. Особенности использования тепловидения в натурных исследованиях сварочных температурных полей / В.В. Михаськин, П.А. Пяткин //63-я науч. конф. проф., преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та: сб. докл. / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. -СПб., 2006.-4.1.-С. 63-68. ;

6. Михаськин, В.В. Учёт сварочных деформаций при усилении сжатых стержневых элементов / В.В. Михаськин, П.А. Пяткин // 62-я науч. конф. проф., преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та: сб. докл. / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2005. - Ч. 1. - С. 60-62.

Компьютерная верстка И. А. Яблоюовой

Подписано к печагги 11.05.10. Формат 60*84 1/16. Бум. офсетная. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 120 экз. Заказ 36.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 4.

Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 5.

-1

Г' '

Введение.

1. Современное состояние вопроса. Постановка задач исследования.

1.1. Развитие методов проектирования и расчёта усиления конструкций. Способ увеличения сечения.

1.2. Краткий анализ работ, посвящённых исследованию сварочных напряжений и деформаций.

1.3. Основы расчёта тонкостенных стержневых элементов на устойчивость при упругой стадии работы материала.

1.4. Краткий обзор исследований, посвящённых расчёту тонкостенных стержней по пространственно-деформированной схеме за пределом упругости.

1.5. Цели и задачи работы.

2. Основы теоретического определения сварочных напряжений и деформаций в сечении элемента.

2.1. Предварительные замечания.

2.2. Основные физические и механические явления, влияющие на образование деформаций и напряжений при сварке.

2.2.1. Дилатометрический эффект и структурные превращения.

2.2.2. Фазовые превращения.

2.2.3. Упрочнение металла околошовной зоны.

2.2.4. Усадочная сила (продольная и поперечная усадка).

2.3. Теоретическое определение температурных полей от воздействия сварочной дуги.

2.4. Анализ температурных полей.

2.5. Методика учёта сварочных напряжений и деформаций.

Метод Н.О.Окерблома.

2.6. Выводы по главе.

3. Напряжённо-деформированные и предельные состояния в сечениях стержневых элементов открытого профиля.

3.1. Принятые гипотезы и допущения.

3.2. Методика определения напряжений и деформаций в сечении усиливаемого при помощи сварки элемента.

Алгоритм «Сечение».

3.3. Численное исследование влияния сварочных напряжений на прочность усиленного сечения.

3.3.1. Влияние термического эффекта от действия сварки на характер распределения напряжений и деформаций.

3.3.2. Влияние временных и остаточных сварочных напряжений на прочность.

3.4. Выводы по главе.

4. Пространственные деформации и устойчивость усиливаемых под нагрузкой при помощи сварки стержневых элементов открытого профиля.

4.1. Принятые гипотезы и допущения. Уравнения равновесия упругого тонкостенного стержня.

4.2. Учёт смещения центра тяжести и центра изгиба при усилении.

4.2.1. Использование фиктивных элементов.

4.2.2. Замена элемента усиления эквивалентной продольной силой.

4.3. Метод решения системы деформационных уравнений.

4.3.1. Предварительные замечания.

4.3.2. Алгоритм «Стержень».

4.4. Алгоритм решения. Метод учёта сварочных напряжений и деформаций.

4.5. Анализ некоторых результатов численного исследования устойчивости.

4.5.1. Влияние взаимного расположения элемента усиления и точки приложения внешней силы на устойчивость усиленных стержней.

4.5.2. Влияние величины эксцентриситета на устойчивость усиленных стержней.

4.5.3. Влияние способа усиления на пространственное деформирование усиливаемых стержней.

4.5.4. Сравнение результатов расчётов по пространственно-деформированной и плоской схемам.

4.5.5. Сравнение результатов расчётов по алгоритму «Стержень» и методу конечных элементов.

4.6. Инженерная методика расчёта усиленных стержней на пространственную устойчивость.

4.7. Выводы по главе.

5. Экспериментальные исследования пространственных деформаций и устойчивости при усилении двутавровых стержней под нагрузкой с применением сварки.

5.1. Цель и задачи исследования.

5.2. Опытные образцы.

5.3. Конструирование соединений элементов.

5.4. Механические характеристики стали.

5.5. Испытательная установка.

5.6. Измерительные приборы и оборудование.

5.7. Методика проведения эксперимента.

5.8. Анализ и сопоставление результатов эксперимента с теоретическими исследованиями.

5.9. Натурные исследования сварочных температурных полей с помощью метода тепловидения.

5.10. В ыводы по главе.

В последнее время наряду с созданием новых промышленных предприятий зачастую экономически целесообразно реконструировать существующие. Современные тенденции на техническое перевооружение действующих производств объясняются тем, что требуемые затраты в ряде случаев значительно ниже расходов на новое строительство. Модернизация производства, возможное его перепрофилирование, изменение технологических процессов нередко приводят к существенному росту эксплуатационных нагрузок на конструкции, что обуславливает для обеспечения несущей способности необходимость их усиления. Причинами последнего могут быть в том числе и ошибки, допущенные при проектировании, а также дефекты и повреждения, возникшие при изготовлении, транспортировании, монтаже и случайном повреждении конструкций в процессе эксплуатации, коррозионный износ и т.п.

Подавляющее большинство элементов металлических конструкций зданий и сооружений представляют собой тонкостенные стержни открытого профиля, что обуславливает важность развития методов проектирования их усиления. Кроме способов усиления, наиболее распространённым из которых является метод увеличения сечения, следует сказать, что немаловажным является и выбор вида присоединения элементов усиления — механический (болты) или термический (сварка), значительным образом определяющий особенности работы стержней как в процессе присоединения дополнительного элемента, так и после усиления.

Процесс сварки, как известно, является одним из наиболее прогрессивных и технологически отработанных способов изготовления металлических конструкций, и усиление в большинстве случаев выполняется именно с его помощью. Однако следует подчеркнуть, что термическое воздействие, сопровождаемое возникающим при этом резко неравномерным нагревом, порождает развитие специфических деформаций и напряжений, влияющих на работу элемента конструкции, зачастую являясь причиной снижения несущей способности.

Исчерпывающей оценки температурного влияния на пространственную работу и устойчивость усиливаемых элементов до настоящего времени ещё не дано. Поэтому исследование данного вопроса, имеющего особенно важное значение при усилении элементов конструкций под нагрузкой, представляется весьма актуальным.

Целью работы являются теоретические и экспериментальные исследования влияния термических напряжений и деформаций на напряжённо-деформированное состояние, пространственные деформации и устойчивость усиленных методом увеличения сечения стержневых элементов открытого профиля.

Научную новизну работы составляют:

- алгоритмы расчёта на прочность и пространственную устойчивость стержневых элементов открытого профиля с размещением элементов усиления в наиболее напряжённой зоне с учётом термических деформаций;

- результаты численного исследования теплового влияния сварки на пространственные деформации и устойчивость внецентренно-сжатых усиленных стержней;

- результаты экспериментальных исследований устойчивости несимметрично усиленных стержней двутаврового профиля с учётом термических напряжений.

Достоверность результатов проведённых исследований базируется на использовании хорошо апробированных теоретических основ и методов расчёта стержневых элементов металлических конструкций, удовлетворительном согласовании теоретических и экспериментальных результатов, а также на результатах проверочных расчётов, выполненных методом конечных элементов.

Практическая ценность работы заключается в разработке алгоритмов, программы на ЭВМ и практических рекомендаций по расчёту на пространственную устойчивость усиленных стержневых элементов. Инженерная методика, разработанная на примере двутаврового профиля, представлена в удобной форме, используемой в нормах проектирования, с введением факторов, характеризующих некоторые параметры усиления: технологические параметры сварки, эксцентриситеты приложенной нагрузки, гибкости усиливаемых элементов, уровень начального нагружения, место расположения элемента усиления относительно центра тяжести основного сечения, его длина, а также площадь.

Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы, представленные инженерной методикой расчёта на пространственную устойчивость двутавровых стержней, усиленных методом увеличения сечения при помощи сварки, приняты к внедрению ЗАО ПИ «Ленпроектстальконструкция», ОАО «СПбЗНИиПИ».

Апробация диссертации. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на 58, 59, 61, 62 международных научно-технических конференциях молодых учёных, проходивших в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете (СПб., 2005, 2006, 2008, 2009), а также на 62, 63, 64, 66, 67 научных конференциях профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов СПбГАСУ (СПб., 2005, 2006, 2007, 2009, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть работ, в том числе одна — в рецензируемом издании, включённом в список ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Общий объём работы составляет 201 страницу, 70 рисунков и 17 таблиц. Список литературы содержит 181 наименование, из них 172 на русском языке.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны алгоритмы и программа расчёта на прочность и пространственную устойчивость усиленных под нагрузкой при помощи сварки методом увеличения сечения стержневых элементов открытого профиля при общем случае размещения элементов усиления. За основу приняты хорошо апробированные алгоритмы «Стержень» и «Сечение» [143], которые были обобщены на случай учёта тепловых деформаций.

2. Установлено снижение эффективности усиления сжато-изогнутого элемента в результате сварочных процессов в пределах (10^50)% в зависимости от различных факторов, таких как: гибкости, величины и направления двухосных концевых эксцентриситетов продольной силы, места постановки элемента усиления, остаточных сварочных напряжений, а также уровня начального нагружения.

3. Подтверждено, что рациональным является место размещения дополнительного элемента в зоне наибольших напряжений неусиленного элемента. При этом повышение несущей способности относительно введённой площади усиления возрастает в несколько раз. Так, например, при увеличении площади на 14.5% устойчивость повышается в пределах (27-^-55)% в зависимости от гибкости.

4. Показано, что использование плоской схемы при расчёте устойчивости двутавровых стержней, загруженных в плоскости большей жёсткости и с учётом случайного эксцентриситета из этой плоскости, приводит к существенному и необоснованному завышению устойчивости в зависимости от гибкости и величины эксцентриситетов по сравнению с расчётом по пространственно-деформированной схеме. Так, например, для двутавра 23Б1 искомое расхождение составляет (10ч-42)%.

5. Выполнен сравнительный анализ расчётов двутаврового элемента по разработанным алгоритмам и методом конечных элементов, который показал удовлетворительную сходимость результатов. Установлено, что принятые гипотезы и предпосылки в разработанных алгоритмах являются обоснованными. Разработанный алгоритм и программа позволяют получать результаты расчёта на несколько порядков быстрее, чем при использовании МКЭ.

6. Разработана инженерная методика расчёта на пространственную устойчивость с введением коэффициентов к , характеризующих влияние элементов усиления и сварки. Использование данных коэффициентов позволяет обеспечить внедрение результатов по форме, принятой в СниП П-23-81* [170].

7. Экспериментально исследована устойчивость усиленных под нагрузкой при помощи сварки двутавровых стержней, сжатых с двухосными эксцентриситетами. Характер деформирования свидетельствует о пространственных деформациях, которые проявляются с самого начала нагружения. Это подтверждает необходимость использования пространственно-деформированной схемы в расчётах на общую устойчивость. Результаты теоретических исследований удовлетворительно согласуются с данными эксперимента.

167

1. Августын, Я. Влияние остаточных напряжений на поведение сжатыхстержней / Я. Августын // Сварочное пр-во. 1960. - № 11. - С. 15-18.

2. Азимов, Б.П. Влияние жёсткости конструкций и погонной энергии сваркина усадочную силу / Б.П. Азимов, В.А. Винокуров, А.Г. Григорьянц // Сварочное пр-во. 1973. - №2. - С. 5-7.

3. Аистов, Н.Н. Испытание сооружений / Н.Н.Аистов. JL: Гос. изд-во лит. постр-ву, архитектуре и строит, материалам, 1960. — 316 с.

4. Аммосов, А.П. Расчёт температурного поля с учётом производительностисварки / А.П. Амосов, В.Е. Николаев, С.П. Аммосов // Сварочное пр-во. -1993.-№11/12.-С. 18-20.

5. Байкова, И.П. Влияние ограниченности размеров листа по ширине на распределение температур при однопроходной дуговой сварке / И.П. Байкова, А.И. Лебедев // Сварочное пр-во. 1960. - №5. - С. 56-60.

6. Байкова, И.П. Деформации и напряжения сварных элементов при сжатии /

7. И.П. Байкова // Сварочное пр-во. 1970. - №9. - С. 1—4.

8. Байкова, И.П. Некоторые упрощения теоретического определения деформаций и напряжений / И.П. Байкова // Автогенное дело. 1950. - №2. - С. 4-8.

9. Байкова, И.П. Образование и развитие угловых и поперечных деформацийпри сварке / И.П. Байкова // Тр. Ленингр. политехи, ин-та. 1956. — №183. -С. 78-93.

10. Бейлин, Е.А. Приближённый вариант теории стеснённого кручения стержней открыто-замкнутого профиля / Е.А. Бейлин // Вопр. механики строит, конструкций и материалов. — Л., 1984. С. 61-69.

11. Белеия, Е.И. Исследование упругопластических процессов работы балок, усиленных до загружения и под нагрузкой / Е.И.Беленя // Исслед. по стальным конструкциям. -М.; JL, 1950. С. 161-182.

12. Вельский, Г.Е. О качественном исследовании устойчивости сжатоизогнутых стержней / Г.Е. Вельский // Строит, механика и расчёт сооружений. 1967. - №2. - С. 23-27.

13. Вельский, М.Р. Усиление стальных конструкций / М.Р. Бельский, A.M. Лебедев. Киев: Будивельник, 1981. - 116 с.

14. Бельский, М.Р. Усиление сжатых стержней стальных конструкций под эксплуатационной нагрузкой / М.Р. Бельский. М.: Стройиздат, 1984. - 152 с.

15. Бельчук, Г.А. Распределение тепла между элементами таврового соединения при дуговой сварке / Г.А. Бельчук // Сварочное пр-во. 1959. - №5. — С. 13-15.

16. Бельчук, Г.А. Сварка судовых конструкций / Г.А Бельчук, К.Н. Гатовский,

17. Б.А. Кох. Л.: Судостроение, 1980. - 448 с.

18. Белый, Г.И. Влияние сварочных процессов на пространственные деформации и устойчивость усиливаемых под нагрузкой стержневых элементов / Г.И. Белый, В.В. Михаськин // Изв. высш. учеб. заведений. Стр-во. Новосибирск, 2009.-№11/12. -С. 3-11.

19. Белый, Г.И. К деформационному расчёту тонкостенных стержней несимметричного сечения / Г.И. Белый // Метал, конструкции и испытания сооружений. Л, 1984. - С. 26-30.

20. Белый, Г.И. К определению неблагоприятных сочетаний нагрузок при расчёте рамных конструкций по деформированной схеме / Г.И. Белый // Метал. конструкции и испытания сооружений. Л., 1986. - С. 37-42.

21. Белый, Г.И. Методика определения напряжённо-деформированных и предельных состояний в сечениях усиленных стержневых элементов при общем случае загружения / Г.И. Белый // Докл.: теорет. основы строительства. -М.; Варшава, 1998. С. 103-108.

22. Белый, Г.И. О расчёте упругих стержней по деформированной схеме придействии активных и параметрических нагрузок / Г.И.Белый // Механика стержневых систем и сплошных сред. 1980. — вып. 13. — С. 41^48.

23. Белый, Г.И. Проверка прочности стальных стержней, имеющих несимметричные ослабления сечений / Г.И.Белый // Метал, конструкции и испытания сооружений. JL, 1987. - С. 9-12.

24. Белый, Г.И. Пространственная устойчивость стальных колонн рам одноэтажных промзданий // Г.И.Белый, В.Б. Мазур // Метал, конструкции и испытания сооружений. Л., 1986. - С. 49-57.

25. Белый, Г.И. Расчёт металлических стержневых элементов, входящих в состав конструкций по пространственно-деформированной схеме / Г.И.Белый // Метал, конструкции и испытания сооружений. Л., 1983. - С. 42-48.

26. Белый, Г.И. Расчёт упругопластических тонкостенных стержней по пространственно-деформированной схеме / Г.И.Белый // Строит, механика сооружений. Л., 1983. - С. 40-48.

27. Беляев, Б.И. Причины аварий стальных конструкций и способы их устранения / Б.И Беляев, B.C. Корниенко. М.: Стройиздат, 1968. - 206 с.

28. Беляев, В.Н. Расчёт свободно несущих крыльев / В.Н. Беляев // Техникавоздуш. флота. 1932. - №7. - С. 28-39.

29. Беляев, Н.М., Методы теории теплопроводности В 2 ч.. 4.2. Аналитические методы решения нелинейных задач. Метод конечных разностей / Н.М. Беляев, А.А. Рядно. М.: Высш. шк., 1982. — 305 с.

30. Биргер, И.А. Некоторые общие методы решения задач теории пластичностии ползучести / И.А. Биргер // Приклад, механика и математика. 1966. -№2.-С. 61-73.

31. Биргер, И.А. Остаточные напряжения / И.А. Биргер. М.: Машгиз, 1963.232 с.

32. Биретт. Усадочные напряжения / Биретт// Автогенное дело. 1936. - №10. -С. 11-15.

33. Блейх, Ф. Устойчивость металлических конструкций / Ф. Блейх. М.: Физ-матгиз, 1959.-544 с.

34. Болотин, В.В. О понятии устойчивости в строительной механике / В.В. Болотин // Проблемы устойчивости в строит, механике. М., 1965. - С. 6-27.

35. Броуде, Б.М. К теории тонкостенных стержней открытого профиля / Б.М.

36. Броуде // Строит, механика и расчёт сооружений. 1960. - №5. - С. 6-11.

37. Броуде, Б.М. Предельные состояния стальных балок / Б.М. Броуде. — М.:1. Стройиздат, 1953. -215 с.

38. Бычков, Д.В. Строительная механика стержневых тонкостенных конструкций / Д.В. Бычков. М.: Госстройиздат, 1962. - 476 с.

39. Винокуров, В.А. Некоторые закономерности образования напряжений присварке / В.А. Винокуров // Изв. высш. учеб. заведений. Машиностроение. -1966. -№4.- С. 145-150.

40. Винокуров, В.А. Теория сварочных деформаций и напряжений / В.А. Винокуров, А.Г. Григорьянц. — М.: Машиностроение, 1984. — 280 с.

41. Власов, В.З. Тонкостенные упругие стержни / В.З. Власов. М.: Гос. изд-вофиз.-мат. лит., 1959. — 568 с.

42. Вологдин, В.П. Деформации и напряжения в сварных судовых конструкциях / В.П. Вологдин. М.: Речиздат, 1945. - 149 с.

43. Воробьёв, JI.H. Деформационный расчёт и устойчивость тонкостенныхстержней открытого профиля / Л.Н. Воробьёв // Тр. Новочерк. политехи, ин-та. 1958. - Т.69/83. - С. 3-48.

44. Гатовский, К.М. Влияние ограниченности размеров изделий на процесс распространения тепла и на сварочные деформации / К.М. Гатовский // Сварочное пр-во. 1964. - №12. - С. 7-11.

45. Гатовский, К.М. Обобщённые параметры, характеризующие процесс деформирования свариваемых элементов / К.М. Гатовский // Сварочное пр-во. 1956.-№1. - С. 9-13.

46. Гатовский, К.М. Определение сварочных деформаций и напряжений с учётом структурных превращений металла / К.М. Гатовский // Сварочное пр-во. 1973.-№11.-С. 3-6.

47. Геммерлинг, А.В. Несущая способность стержневых стальных конструкций / А.В. Геммерлинг. М.: Госстройиздат, 1958. - 216 с.

48. Геммерлинг, А.В. Расчёт стержневых систем / А.В. Геммерлинг. М.:1. Стройиздат, 1974. 207 с.

49. Горбунов, Б.Н. Усадка при электросварке и меры борьбы с нею / Б.Н. Горбунов // Автогенный работник. 1934. - №12. - С. 3-9.

50. Григорьянц, А.Г. Расчётный метод исследования кинетики сварочных деформаций и напряжений / А.Г. Григорьянц // Изв. высш. учеб. заведений. Машиностроение. 1978. - №5. - С. 146-150.

51. Григорьянц, А.Г. Уточнение решения задач о сварочных деформациях методом пластических приближений / А.Г. Григорьянц // Изв. высш. учеб. заведений. Машиностроение. 1977. -№10. - С. 141-144.

52. Добудогло, Н.Г. Теоретические и экспериментальные исследования устойчивости плоской формы изгиба неразрезных балок / Н.Г. Добудогло. Киев: Будивельник, 1964. - 126 с.

53. Зарифьян, А.З. Расчёт по деформированной схеме и определение несущейспособности тонкостенных стержней открытого профиля / А.З. Зарифьян // Прочность, устойчивость и колебания инженер, конструкций. Новочеркасск, 1974. - Т.305. - С. 35-42.

54. Зарифьян, А.З. Экспериментально-теоретическое исследование внецентренно-сжатых колонн / А.З. Зарифьян, В.В. Артёмов, А.Н. Дудченко // Изв. высш. учеб. заведений. Стр-во и архитектура. 1974. -№6. - С. 61-65.

55. Зарифьян, А.З. Экспериментально-теоретическое исследование работытонкостенных стержней при внецентренном сжатии / А.З. Зарифьян, В.В. Артёмов // Прочность, устойчивость и колебания инженер, конструкций. -Новочеркасск, 1972. С. 57-64.

56. Знаменский П.М. Схема расчёта и работа элементов фюзеляжа монокок /

57. П.М. Знаменский // Техника возд. флота. 1935. - №7. - С. 25-31.

58. Иванов, А. Теоретическое исследование распределения усадочных напряжений при сварке встык в зависимости от направления ведения сварки / А. Иванов // Автогенный работник. 1934. - №12. - С. 11-19.

59. Ильин, В.П. Численные методы решения задач строительной механики /

60. В.П. Ильин, В.В. Карпов, A.M. Масленников. — Минск: Высш. шк., 1990. — 349 с.

61. Ильюшин, А.А. Пластичность / А.А. Ильюшин. М.; JL: Гостехиздат, 1948.- 376 с.

62. Казимиров, А.А. Остаточные напряжения при наплавке валика на продольную кромку пластины из Амг5В / А.А. Казимиров, А.Я. Недосека // Автомат. сварка. 1965. - №1. - С. 28-32.

63. Качалов, JI.M. Устойчивость тонкостенных стержней при упругопластических деформациях / JI.M. Качанов // Докл. акад. наук СССР. 1956. — Т. 107, №6. - С. 803-806.

64. Коздоба, JI.A. Методы решения нелинейных задач теплопроводности / JI.A.

65. Коздоба. М.: Наука, 1975. - 228 с.

66. Коломиец, В.П. Метод определения напряжений и деформаций в сечении балки при сложном нагружении с учётом действительной диаграммы сг ~е / В.П. Коломиец // Изв. высш. учеб. заведений. Авиац. техника. 1966. -№1. - С. 63-71.

67. Копейкин, Ю.Д. К расчёту внецентренно-сжатых тонкостенных стержней по теории В.З.Власова / Ю.Д. Копейкин // Приклад, механика. 1975. - Т.З, вып.2.-С. 177-184.

68. Кудрявцев, П.И. Остаточные сварочные напряжения и прочность соединения / П.И. Кудрявцев. -М.: Машиностроение, 1964. 120 с.

69. Кузьминов, С.А. Сварочные деформации судовых корпусных конструкций

70. С.А. Кузьминов. Д.: Судостроение, 1974. - 286 с.

71. Лазоренко, И.В. О термических напряжениях в электросварных соединениях / И.В. Лазоренко, А.И. Иванов // Автогенный работник. 1934. - №8. -С. 3-11.

72. Лащенко, М.Н. Регулирование напряжений в металлических конструкциях

73. М.Н. Лащенко. Л.; М.: Стройиздат, 1966. - 190 с.

74. Лащенко, М.Н. Усиление металлических конструкций /- М.Н. Лащенко.

75. Л.: Стройиздат, 1954. 155 с.

76. Лейтес, С.Д., Раздольский, А.Г. Исследование устойчивости внецентренно-сжатых упругопластических стержней / С.Д. Лейтес, А.Г. Раздольский // Строит, механика и расчёт сооружений. 1967. — №1. — С. 1-5.

77. Лейтес, С.Д. Устойчивость сжатых стальных стержней / С.Д. Лейтес. М.:

78. Госстройиздат, 1954. 308 с.

79. Лившиц, Л.С. Металловедение сварки и термическая обработка сварныхсоединений / Л.С. Лившиц, А.Н. Хакимов. М.: Машиностроение, 1989. -333 с.

80. Лужин, О.В. Кручение тонкостенных стержней комбинированного поперечного сечения / О.В. Лужин // Проблемы расчёта пространств, конструкций. М., 1980. - №2. - С. 79-89.

81. Махненко, В.И. Деформации в высокотемпературной зоне свариваемых тонких пластин / В.И. Махненко, Е.А. Великоиваненко, А.А. Рыбаков // Автомат, сварка. 1974. -№5. - С. 31-35.

82. Махненко, В.И. Оценка сварочных напряжений при изготовлении балоккоробчатого профиля / В.И. Махненко, В.М. Шекера, Ю.А. Скоснягин // Автомат, сварка. 1970. - №11. - С. 35-40.

83. Махненко, В.И. Оценка тепловых процессов вблизи движущейся сварочной.ванны / В.И. Махненко, Л.А. Петун, В.П. Прилуцкий // Автомат, сварка. -1969. №11. - С. 1-6.

84. Махненко, В.И. Применение ЭЦВМ для изучения кинетики напряжённогои деформированного состояний при сварке конструкций из узких пластин / В.И. Махненко, Е.А. Великоиваненко // Автомат, сварка. 1966. - №7. - С. 28-32.

85. Махненко, В.И. Расчётные методы исследования кинетики сварочных напряжений и деформаций / В.И. Махненко. Киев: Наукова Думка, 1978. -180 с.

86. Навроцкий, Д.И. Влияние сварочных напряжений и методов их снятия напрочность сварных конструкций / Д.И. Навроцкий // Автогенное дело. -1950.-№2.-С. 8-13.

87. Насонкин, В.Д. К уточнению уравнений устойчивости тонкостенных стержней теории В.З.Власова / В.Д. Насонкин // Строит, механика и расчёт сооружений. 1981. - №2. - С.47-49.

88. Неминский, М.Н. Расчёт усиленных сечений / М.Н. Неминский // Строитель ж. д. 1939. - №17. - С. 1-20.

89. Никифоров, С.Н. Устойчивость сжатых стержней сварных ферм / С.Н. Никифоров. -М.; Л.: Госстройиздат, 1938. 83 с.

90. Николаев, Г.А. Деформации при сварке конструкций / Г.А. Николаев, Н.Н.

91. Рыкалин. М.: Изд-во акад. наук СССР, 1943. - 281 с.

92. Николаев, Г.А. Проблемы сварных конструкций / Г.А. Николаев // Вестн. инженеров и техников. 1940. — №11. - С. 645-649.

93. Николаев, Г.А. Сварные конструкции / Г.А. Николаев. М.: Машгиз, 1962.-552 с.95,Окерблом, Н.О. Влияние режима сварки на величину вызываемых ею деформаций и напряжений / Н.О. Окерблом // Автогенное дело. 1944. — №4. -С. 1-8.

94. Окерблом, Н.О. Выбор режима сварки, обеспечивающего наименьшие деформации и напряжения / Н.О. Окерблом // Вестн. машиностроения. 1944.-№12.-С. 31-37.

95. Окерблом, Н.О. Деформации и напряжения, вызываемые сваркой, и методих теоретического определения / Н.О. Окерблом // Вестн. инженеров и техников. 1940. - №11. - С. 657-659.

96. Окерблом, Н.О. Деформации и напряжения при прерывистой сварке / Н.О.

97. Окерблом, И.П. Байкова // Автогенное дело. — 1948. №12. - С. 16-20.

98. Окерблом, Н.О. Расчёт деформаций металлоконструкций при сварке / Н.О.

99. Окерблом. Л.: Машгиз, 1955. - 212 с.

100. Окерблом, Н.О. Сварочные деформации и напряжения / Н.О. Окерблом. М.; Л.: Машгиз, 1948. 351 с.

101. Окерблом, Н.О. Теоретическое определение деформаций и напряжений при наплавке валика на элементы профильного сечения / Н.О. Окерблом // Тр. Ленингр. политехи, ин-та. 1951. -№3. - С. 6-21.

102. Остаточные напряжения в металлах и металлических конструкциях / под ред. В.Г. Осгуда. М.: Изд-во иностр. лит., 1957. - 154 с.

103. ЮЗ.Папкович, П.Ф. Строительная механика корабля / П.Ф. Папкович. М.: Судпромгиз, 1941. 342 с.

104. Пинаджан, В.В. Прочность и деформации сжатых стержней металлических конструкций / В.В Пинаджан. Ереван: Изд-во акад. наук Арм. ССР, 1971.-222 с.

105. Повышение эффективности эксплуатации и реконструкции промышленных зданий металлургической, машиностроительной и горнорудной промышленности: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. совещ.: Секция «Усиление строит. конструкций». Макеевка, 1981. - 68 с.

106. Прохоров, Н.Н. Расчёт деформаций при сварке на ЭЦВМ / Н.Н. Прохоров // Автомат, сварка. 1966. - №7. - С. 33-38.

107. Ребров, И.С. Деформационный расчёт стержневых систем при их усилении под нагрузкой / И.С. Ребров // Метал, конструкции и испытания сооружений.-Л., 1977.-С. 108-116.

108. Ребров, И.С. К расчёту стержневых систем, усиленных под нагрузкой / И.С. Ребров // Изв. высш. учеб. заведений. Стр-во и архитектура. — 1979. — №1. С. 52-57.

109. Ребров, И.С. К расчёту усиления стержневых стальных конструкций / И.С. Ребров // Метал, конструкции и испытания сооружений. Л., 1984. — С. 2432.

110. Ребров, И.С. Об учёте истории нагружения в расчёте упругопластических систем / И.С. Ребров // Метал, конструкции и испытания сооружений. Л., 1984.-С. 46-54.

111. Ребров, И.С. Проектирование и расчёт усиления стальных балок / И.С. Ребров. Л.: Ленингр. дом науч.-техн. пропаганды, 1984. - 28 с.

112. Ребров, И.С. Работа сварных двутавровых балок со стенкой, усиленной наклонными рёбрами жёсткости / И.С. Ребров, Ф.Е. Молотков // Метал, конструкции и испытания сооружений. — Л., 1977. — С. 141-145.

113. Ребров, И.С. Работа сжатых элементов стальных конструкций, усиленных под нагрузкой / И.С. Ребров. Л.: Стройиздат, 1976. — 176 с.

114. Ребров, И.С. Расчётное определение напряжённо-деформированного состояния элементов металлических конструкций при их усилении под нагрузкой с помощью сварки / И.С. Ребров // Метал, конструкции и испытания сооружений. JL, 1980. - С. 25-32.

115. Ребров, И.С. Усиление стержневых металлических конструкций / И.С. Ребров. JL: Стройиздат, 1988. - 200 с.

116. Пб.Репман, Ю.В. Устойчивость плоской формы изгиба тонкостенных стержней / Ю.В. Репман // Тр. лаб. строит, механики ЦНИПС. М., 1941. - С. 4560.

117. Ржаницын, А.Р. Расчёт сооружений с учётом пластических свойств материалов / А.Р. Ржаницын. М.: Госстройиздат, 1954. - 288 с.

118. Ржаницын, А.Р. Устойчивость равновесия упругих систем / А.Р. Ржаницын. М.: Гостехиздат, 1955. - 475 с.

119. Рыкалин, Н.Н. Расчёты тепловых процессов при сварке / Н.Н. Рыкалин. -М.: Машгиз, 1951.-296 с.

120. Сахновский, М.М. Металлические конструкции. Техническая эксплуатация / М.М. Сахновский. Киев: Будивельник, 1976. - 256 с.

121. Сахновский, М.М. Уроки аварий стальных конструкций / М.М. Сахновский, A.M. Титов. Киев: Будивельник, 1969. - 200 с.

122. Сильвестров, А.В. Усиление металлических конструкций / А.В. Сильвестров. Новосибирск: Новосиб. инж.-строит. ин-т., 1981. - 47 с.

123. Скрипникова, Р.А. Пространственное деформирование неупругого тонкостенного стержня, внецентренно сжатого с двухосным эксцентриситетом / Р.А. Скрипникова // Строит, механика и расчёт сооружений. 1974. - №3. -С. 32-35.

124. Стрелецкий, Н.С. Материалы к курсу строительных конструкций В 2 вып.. 4.1. Работа сжатых стоек / Н.С. Стрелецкий. М.: Госстройиздат, 1959.-283 с.

125. Стрельбицкая, А.И. Предельные состояния рам из тонкостенных стержней при изгибе с кручением / А.И. Стрельбицкая. Киев: Наукова думка, 1964.-255 с.

126. Тезисы докладов всесоюзного семинара «Индустриальные технические решения для реконструкции зданий и сооружений промышленных предприятий». Секция «Восстановление и усиление строительных конструкций» / Макеев, инж.-строит. ин-т. — Макеевка, 1986. 168 с.

127. Теория сварочных процессов / под ред. В.В. Фролова. М.: Высш. шк., 1988.-560 с.

128. Тимошенко, С.П. Устойчивость стержней, пластин и оболочек: Избр. работы / под ред. Э.Н. Григолюка. М.: Наука, 1971. - 308 с.

129. Тихонов, А.Н. Уравнения математической физики / А.Н. Тихонов, А.А. Самарский. М.: Наука, 1977. - 735 с.

130. Трочун, И.П. Приближённое определение зоны активных напряжений при сварке / И.П. Трочун // Автомат, сварка. — 1954. №2. — С. 71-75.

131. Трочун, И.П. Способы борьбы с напряжениями и деформациями при сварке / И.П. Трочун // Новые способы сварки и резки металлов. Техиздат Украины, 1953. - 280 с.

132. Уманский, А.А. Кручение и изгиб тонкостенных авиаконструкций / А.А. Уманский. М.; JL: Оборонгиз, 1939. - 109 с.

133. Хуберян, К.М. Устойчивость металлических балок при упругопластиче-ских деформациях / К.М. Хуберян // Тр. по строит, механике. М., 1940. -С. 24-37.

134. Чувикин, Г.М. Устойчивость рам и стержней / Г.М. Чувикин. — М.: Гос-стройиздат, 1951. — 94 с.

135. Шапиро, Г.А. Продление срока эксплуатации стальных конструкций зданий и сооружений / Г.А. Шапиро // Бюллетень строительной техники. -1950.-№6.-С. 1-5.

136. Шварцбург, Б.Г. Расчёт металлических конструкций, усиливаемых в напряженном состоянии / Б.Г. Шварцбург, Я.Л. Куценок // Строит, пром-сть. 1939.-№8.-С. 70-71.iххх

137. Астахов, И.В. Пространственная устойчивость элементов конструкций из холодногнутых профилей: дис. . канд. техн. наук: 05.23.01 / Астахов Иван Витальевич. СПб., 2006. — 123 с.

138. Асташкин, М.В. Напряжённо-деформированные и предельные состояния в сечениях стержневых элементов стальных конструкций при общем случае статического загружения: дис. . канд. техн. наук: 05.23.01 / Асташкин Максим Викторович. СПб., 2003. - 130 с.

139. Бейлин, Е.А. Статика и динамика тонкостенных стержней с криволинейной осью (деформационный расчёт, устойчивость, колебания и учёт эффекта Кармана): автореф. дис. . д-р техн. наук / Бейлин Ефим Абрамович. -Л., 1972.-37 с.

140. Белов, В.А. Несущая способность сварных соединений с фланговыми швами в строительных металлических конструкциях: автореф. дис. . канд. техн. наук / Белов Виктор Александрович. М., 1987. - 24 с.

141. Белый, Г.И. Пространственная работа и предельные состояния стержневых элементов металлических конструкций: дис. . д-р техн. наук: 05.23.01 / Белый Григорий Иванович. Л., 1987. - 464 с.

142. Вершинин, В.П. Влияние остаточных сварочных напряжений на несущую способность сжатых сварных стержней: автореф. дис. . канд. техн. наук / Вершинин Владимир Петрович. М., 1990. - 24 с.

143. Десятое, Б.И. Исследование работы усиляемых под нагрузкой элементов сварных стальных ферм : автореф. дис. . канд. техн. наук / Десятов Борис Иванович. М., 1969. - 11 с.

144. Донник, И.Я. Несущая способность прокатных двутавровых балок, усиленных под нагрузкой: автореф. дис. . канд. техн. наук / Донник Иосиф Яковлевич. Киев, 1956. - 15 с.

145. Игнатьева, B.C. Исследование остаточных сварочных напряжений в сварных соединениях металлических конструкций: автореф. дис. . д-р техн. наук / Игнатьева Вера Семёновна. М., 1972. - 27 с.

146. Казаков, Д.А. Расчёт стальных сжатых стержней по деформациям: автореф. дис. . канд. техн. наук / Казаков Дмитрий Александрович. М., 2002. -22 с.

147. Кизингер, Р. Исследование напряжённого состояния растянутых стержней металлических ферм при их усилении под нагрузкой: автореф. дис. . канд. техн. наук / Кизингер Роланд. М., 1973. - 18 с.

148. Колесников, В.М. Исследование работы некоторых стальных конструкций и отдельных элементов, усиленных под нагрузкой: автореф. дис. . канд. техн. наук / Колесников Владимир Михайлович. Л., 1967. - 23 с.

149. Кондаков, Г.Ф. Деформационно-технологические основы воздействия на металл шва в процессе сварки: автореф. дис. . д-р техн. наук / Кондаков Геннадий Фёдорович. М., 1992. - 32 с.

150. Коновалов, А.П. Работа стержневых стальных конструкций и их сжатых элементов, усиливаемых под нагрузкой: дис. . канд. техн. наук: 05.23.01 / Коновалов Андрей Павлович. Л., 1986. - 233 с.

151. Кушнев, В.П. Усиление металлических конструкций: автореф. дис. . канд. техн. наук / Кушнев Владимир Павлович. Л., 1941. - 23 с.

152. Лихобабина, Е.А. Прогнозирование остаточных сварочных напряжений и деформаций на стадии проектирования судового корпуса: автореф. дис. . канд. техн. наук / Лихобабина Елена Александровна. Владивосток, 2002. -19 с.

153. Луковников, В.Ф. Устойчивость прямоугольной полосы и двутавровой балки при сложном поперечном и продольном нагружении: автореф. дис. . канд. техн. наук / Луковников Виктор Фёдорович. Рига, 1955. - 10 с.

154. Пяткин, П.А. Прочность и пространственная устойчивость усиленных под нагрузкой стержневых элементов конструкций открытого профиля: дис. . канд. техн. наук: 05.23.01 / Пяткин Павел Алексеевич. СПб., 2000. - 135 с.

155. Родиков, Н.Н. Устойчивость сжатых с двухосными эксцентриситетами стержневых элементов конструкций из открытых профилей: дис. . канд. техн. наук: 05.23.01 / Родиков Николай Николаевич. — Л., 1987. — 148 с.

156. Родионов, И.К. Сварочные технологии усиления стержней стальных ферм покрытий промышленных зданий: автореф. дис. . д-р техн. наук / Родионов Игорь Константинович. Тольятти, 2007. - 40 с.

157. Сергеев, С.Н. Прочность и устойчивость стержневых элементов металлических конструкций с учётом влияния поперечных сил и кручения: автореф. дис. . канд. техн. наук / Сергеев Сергей Николаевич. Л., 1987. - 23 с.

158. Сотников Н.Г. Прочность и устойчивость элементов стальных конструкций из уголков, имеющих общие и местные дефекты и повреждения: автореф. дис. . канд. техн. наук / Сотников Николай Георгиевич. Л., 1987. -25 с.

159. Стегачёв П.Б. Исследование вопросов оценки эксплуатационного состояния стальных стропильных ферм: автореф. дис. . канд. техн. наук / Стега-чёв Павел Борисович. Л., 1982. - 23 с.

160. Столбов, А.В. Работа и расчёт стальных балок, усиливаемых под нагрузкой: автореф. дис. . канд. техн. наук / Столбов Андрей Владимирович. -Л., 1985.-33 с.1. XXX

161. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. Введ. 198601-01. -М.: ИПК Издательство стандартов, 1986. 15 с.

162. ГОСТ 7564-97. Прокат. Общие правила отбора проб, заготовок и образцов для механических и технологических испытаний. Введ. 1999-01-01 -Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1999.- 12 с.1. XXX

163. Пособие по проектированию усиления стальных конструкций (к СНиП II-23-81*). М.: Стройиздат, 1989. - 160 с.

164. Рекомендации по расчёту стальных конструкций на прочность по критериям ограниченных пластических деформаций / ЦНИИПСК. М., 1985. - 49 с.

165. Рекомендации по усилению и восстановлению металлоконструкций зданий и сооружений энергопредприятий / Союзтехэнерго. М., 1980. - 28 с.

166. Рекомендации по усилению сварных стальных ферм под нагрузкой / ВНИИ Монтажспецстрой. М., 1972. - 47 с.

167. Руководство по усилению элементов конструкций с применением сварки / ЦНИИ Проектстальконструкция. М., 1979. - 16 с.

168. Стальные конструкции: СНиП П-23-81*: утв. постановлением Госстроя СССР 14.09.81: введ. 01.01.82 / Мин-во строит-ва Российской Федерации. -М., 1996.-96 с.

169. Общие правила проектирования стальных конструкций: СП 53-102-2004: утв. и введ. в действие ЦНИИСК им. Кучеренко 01.01.2005 / ЦНИИСК им. Кучеренко. М., 2005. - 132 с.ххх

170. Birnstiel, С., Michalos I. Ultimate load of H-columns under biaxial bending // J. of the struct, div., proc. of the ASCE. 1963. - vol.89, №2. - P. 161-197.

171. Chen, W.F., Santathadaporn. Review of column behavior under biaxial bending // J. of the ASCE. 1968. - vol.94, №12. - P. 2999-3021.

172. Chen, W.F., Atsuta T. Ultimate strength biaxialy loaded steel H-columns // J. of the struct, div., proc. of the ASCE. 1973. - vol.99, №3. - P. 469-489.

173. Cullison, A. Stress relief basics // Welding journal. 2001. - September. - P. 49-54.

174. Harstead, A., Birnstiel C., Leu K. Inelastic H-columns under biaxial bending // J. of the struct, div., proc. of the ASCE. 1968. - vol.94, №10. - P. 2371-2398.

175. Matthes, K.J., Alaluss K. Welding deformation and internal welding stress in РТА deposition shaped components // Welding & metal fabrication. — 2001. -September. P. 11-16.

176. Michell, A. Elastic stability of long beams under transverce forces // Philosophical magazine and journal of science. 1899. Vol. 48, 5 series 292, September, London.

177. Roper, J.R., Burley T. Modeling of Complex Welded Structures, Finite Element // Welding journal. 2005. - December. - P. 42-44.

178. Ueda, Y., Yamakava T. Analysis of thermal elastic-plastic stress and strain during welding by finite element method // Transactions of the japan welding society. 1971. - v.2. - №2. - p. 90-100.