Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (066) 185-39-18
Вконтакте Студентська консультація
 studscon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

Нові конструктивні рішення сталевих легких решітчастих балок із подвійною профільованою стінкою

Предмет: 
Тип роботи: 
Стаття
К-сть сторінок: 
9
Мова: 
Українська
Оцінка: 
Нові конструктивні рішення сталевих легких решітчастих балок із подвійною профільованою стінкою
 
Новые конструктивные решения стальных легких решетчатых балок с профилированной стенкой
 
New constructional decisions of steel easy latticed beams with double webs
 
Пічугін С. Ф., д. т. н., проф., Чичулін В. П., к. т. н., доц., Чичуліна К. В., асистент (Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка, м. Полтава)
Пичугин С. Ф., д. т. н., проф., Чичулин В. П., к. т. н., доц., Чичулина К. В., асcистент (Полтавский национальный технический университет имени Юрия Кондратюка)
Pichugin S. F., Doctor of Engineering, professor, Chichulin V. P., Candidate Engineering, Chichulina K. V., assistant lecturer (Poltava National Technical Yurii Kondratuik University)
 
В даній статті представлені нові конструктивні рішення сталевих легких решітчастих балок із подвійною профільованою стінкою розкріплених решіткою різного типу та рекомендації щодо їх застосування.
В данной статье представлены новые конструктивные решения стальных лёгких решетчатых балок с двойной профилированной стенкой, раскреплённых решёткой разного типа и рекомендации по их применению.
The article dwells on new constructional decisions of steel easy latticed beams with double webs, unfastened by grillage of different types, and there are also given recommendations on their application.
Ключові слова:
Сталеві решітчасті балки, подвійна профільована стінка.
Стальные решетчатые балки, двойная профилированная стенка.
Steel latticed beams, double web.
 
Стан питання та задачі дослідження. Будівництво з використанням легких сталевих тонкостінних конструкцій (ЛСТК) в нашій країні ведеться вже більш ніж півстоліття. ЛСТК відмінно зарекомендували себе при будівництві житлових і громадських будівель, мансард, надбудов, ангарів і прибудов. На сьогоднішній день ринок металоконструкцій активно пропонує балки з гофрованими стінками, застосування яких при забезпеченні міцності та надійності призводить до суттєвого зменшення матеріаломісткості, тобто головною їх перевагою є висока економічність. Враховуючи підвищений попит на балкові конструкції з гофрованими стінками головна задача даного дослідження полягає в удосконаленні їх конструктивних форм та перерізів.
Аналіз останніх досліджень і публікацій, в яких започатковано розв’язання даної проблеми. Одним з аналогів представлених конструкцій, в якому підвищують жорсткість стінки за рахунок додаткових елементів, є конструкція сталевої балки з установленими похилими планками. Така особливість призводить до підвищення стійкості стінки і сприяє підвищенню несучої здатності профілю при скручуванні, утворюючи тим самим умовно замкнутий контур поперечного перерізу [11]. Також ще одним відомим прототипом решітчастих балочних конструкцій є сталева балка з установленою додатковою «стінкою» у вигляді зигзагоподібного арматурного стрижня [12], що сприяє підвищенню критичних навантажень тонкої стінки. Ще однією особливістю конструктивної форми є додатковий стрижень, приварений короткими планками до стінки. Але найближчим аналогом даної корисної моделі є сталева балка з поперечно профільованою стінкою коробчастого перерізу з нерівномірним кроком гофрів [13], що складається з двох холодногнутих профільованих листів трапецеїдального обрису, які закріплюються за допомогою ламелей, гофри мають нерівномірні кроки та розташовані рідше, що забезпечує суттєву економію металу.
Серед останніх досліджень, присвячених балкам з гофрованою стінкою, можна відмітити роботи, як вітчизняних так і іноземних авторів, а саме П. І. Егорова [1], А. Н. Кретиніна [2], С. В. Кудрявцева [3], М. В. Лазнюка [4], І. С. Рибкіна [5], H. R. Kazemi [6], Kiymaz G. [7], Н. Pasternak [8], E. Y. Sayed-Ahmed [9] та багатьох інших.
Попередньо були проведені допоміжні теоретичні та експериментальні дослідження вузлів та балок із поперечно профільованою стінкою коробчастого перерізу з нерівномірним кроком гофрів [10].
Виклад основного матеріалу. Представлені сталеві балки з поперечно профільованою стінкою коробчастого перерізу, розкріплені розкісною решіткою (рис. 1), хрестовою решіткою (рис. 2) та решіткою у вигляді арочних елементів (рис. 3). Такі балки складаються з подвійної трапецієвидної профільованої стінки, а пояси таких конструкцій виконані з квадратних труб, стінка кріпиться до решітки та направляючих у вигляді труб квадратного перетину самонарізними гвинтами.
Головною особливістю даного типу конструкцій є те, що для підвищення жорсткості використовуються розкісні решітки, які як і пояси виконані з труб квадратного перетину, що за допомогою самонарізних гвинтів прикріплюються до стінки. Стінка до направляючих кріпиться також саморізами.
а)
 
б)
 
Рис. 1. Відсік сталевої балки з поперечно профільованою стінкою коробчаcтого перерізу, розкріплена розкісною решіткою [14]: а – вихідна заготовка; б – готовий відсік
 
Розглядаючи склад такого типу легких балок, відмітимо, що профільована стінка (7) балок має трапецієвидну форму та складається з двох профільованих листів, що закріплюються до направляючих (4) у вигляді квадратних труб за допомогою самонарізних гвинтів (2). До поясів (1), які складаються з труб квадратного перетину, направляючі прикріпленні за допомогою суцільного зварювання (6). Опорні ребра (8) виконані з листів з урахуванням роботи на зминання та зрізання. Решітка (3) приєднується до профільованих листів самонарізними гвинтами (2). Для прикріплення балок до можливої колони можна виконувати отвори (5). Вихідні заготовки для усіх представлених конструкцій виконуються на початку виготовлення балок.
Розташування розкісної (рис. 1) решітки повинно відповідати локальному навантаженню на верхній пояс балки. Якщо встановлюється розкісна решітка, можна не використовувати ребра жорсткості під локальне навантаження. Ще однією особливістю роботи даного типу конструкції є те, що елементи решітки в поєднанні з профільованою стінкою забезпечують більшу стійкість, ніж окремо розкоси решітки та стінка.
а)
 
б)
 
Рис. 2. Відсік сталевої балки з поперечно профільованою стінкою коробчаcтого перерізу, розкріплена хрестовою решіткою: а – вихідна заготовка; б – готовий відсік
 
Якщо розглядати окремо хрестову решітку (рис. 2), можна відзначити її перевагу у жорсткості стінки та забезпеченні стійкості стінки по всій висоті балки. Хрестова решітка розподіляє дію згинального моменту за довжиною прольоту та розкріплює профільований лист з метою забезпечення стійкості.
Решітка із арочних елементів (рис. 3) своєю формою відтворює епюру моментів і сприймає частково їх дію. В зонах, наближених до опор, арки перехрещуються і сприймають додаткові зусилля у зоні похилих перерізів балки. В прольоті переріз двотаврової балки близький до «ідеального двотавра», що в свою чергу є оптимальним перерізом для сприйняття згинального моменту. З метою отримання менш металоємних конструкцій раціонально застосовувати арочну решітку.
 
а)
 
б)
 
Рис. 3. Відсік сталевої балки з поперечно профільованою стінкою коробчаcтого перерізу, розкріплена решіткою у вигляді арочних елементів: а – вихідна заготовка; б – готовий відсік
 
Розрахунок комбінованих балок із листових або трубчастих поясів виконується на ПЕОМ з використанням повномірного суцільного описання в розрахункових комплексах або на моделях з розбиванням на окремі системи з урахуванням фізичної та геометричної нелінійності.
Використання представлених конструкцій не обмежується тільки кроквяними конструкціями, а поширюється на балки перекриття, ригелі одно- та багатоповерхових будівель, арки, галереї, технологічні майданчики, пролітні конструкції мостів тощо. Існує можливість застосування представлених конструкцій в балкових системах зі статичним навантаженням.
Застосування даного типу балок надає ряд переваг в порівнянні зі звичайними, а саме естетичний вигляд, міцність та надійність, довговічність конструкцій, низькі експлуатаційні витрати, але головною їх перевагою є легкість і стійкість.
Висновки. Запропоновані сталеві балки з поперечно профільованою стінкою коробчастого перерізу, розкріплені розкісною решіткою, хрестовою решіткою та решіткою у вигляді арочних елементів. Елементи решітки представлених балкових конструкцій в поєднанні з профільованою стінкою забезпечують більшу стійкість, ніж окремо розкоси решітки та стінка.
 
1. Егоров П. И. Исследования напряженно-деформированного состояния стальных балок и колонн из двутавра с тонкой гофрированной стенкой: автореф. дис. на соискание уч. степ. докт. техн. наук: спец. 05. 23. 01 „Строительные конструкции, здания и сооружения”/ П. И. Егоров. – Хабаровск, 2010. – 24 с.
2. Кретинин А. Н. Тонкостенные балки из гнутых оцинкованных профилей: составных поясов коробчатого сечения и гофрированных стенок: автореф. дис. на соискание уч. степ. канд. техн. наук: спец. 05. 23. 01 „Строительные конструкции, здания и сооружения” / А. Н. Кретинин. – Новосибирск, 2008. – 25 с.
3. Кудрявцев С. В. Несущая способность балок с гофрированной стенкой, ослабленной круговым отверстием: автореф. дис. на соискание уч. степ. канд. техн. наук: спец. 05. 23. 01 „Строительные конструкции, здания и сооружения” / С. В. Кудрявцев. – Екатеринбург, 2011. – 175 с.
4. Лазнюк М. В. Балки з тонкою поперечно гофрованою стінкою при дії статичного навантаження: автореф. дис. на здобуття наук. ступ. канд. техн. наук: спец. 05. 23. 01 / М. В. Лазнюк. – Київ, 2006. – 18 с.
5. Рыбкин И. С. Совершенствование конструктивных решений методов моделирования и расчетов гофрированных элементов: автореф. дис. на соискание уч. степ. канд. техн. наук: спец. 05. 23. 01 „Строительные конструкции, здания и сооружения” / И. С. Рыбкин. – Москва, 2008. – 22 с.
6. Kazemi H. R. The Effects of the Corrugation Profiles of the Web on the Lateral-Torsional Buckling Strength of the Inelastic I-Girder / H. R. Kazemi. Nia Korrani, S. Molanaei // World Applied Sciences. – 2010. No. 8 (5). – Р. 527-530.
7. Kiymaz G. Transverse load carrying capacity of sinusoidally corrugated steel web beams with web openings / G. Kiymaz, E. Coskun, C. Cosgun, E. Seckin // Steel and Composite Structures. – 2010. – No. 1, Vol. 10. – P. 9-85.
8. Pasternak H. Рlate girders with corrugated webs / Hartmut Pasternak, Gabriel Kubieniec // Journal of civil engineering and management. – 2010. – No. 16 (2). – P. 166-171.
9. Sayed-Ahmed E. Y. Design aspects of steel I-girders with corrugated steel webs / E. Y. Sayed-Ahmed // Electronic Journal of Structural Engineering. – 2007. -No. 7. – P. 27-40.
10. Чичуліна К. В. Надійність вузлів сталевих балок з профільованою стінкою: автореф. дис. на здобуття наук. ступ. канд. техн. наук: спец. 05. 23. 01 / Чичуліна К. В. – Полтава, 2011. – 26 с.
11. Тонкостенная металлическая балка. А. с. СССР №894126 Е04 с 3/06.
12. Тонкостенный металлический элемент открытого профиля. А. с. СССР №897995 Е04 с 3/06.
13. Пат. 45328 Україна, МПК (2006) Е 04 С 3/02. Сталева балка з поперечно профільованою стінкою коробчастого перерізу з нерівномірним кроком гофрів / Пічугін С. Ф., Чичулін В. П., Чичуліна К. В. ; власник: Полтав. нац. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка. – № u 2009 03785; заявл. 17. 04. 2009; опубл. 10. 11. 2009, Бюл. № 21. – 4 с.
14. Пат. 64445 Україна, МПК (2006) Е 04 С 3/02. Сталева балка з поперечно профільованою стінкою коробчастого перерізу, розкріплена розкісною решіткою / Пічугін С. Ф., Чичулін В. П., Чичуліна К. В. ; власник: Полтав. нац. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка. – № u 2011 04051; заявл. 04. 04. 2011; опубл. 10. 11. 2011, Бюл. № 21. – 4 с.
Фото Капча