Пространственная устойчивость элементов конструкций из холодногнутых профилей

Размещено на http://www.allbest.ru

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ХОЛОДНОГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ

05.23.01 Строительные конструкции, здания и сооружения

Астахов Иван Витальевич

Санкт-Петербург 2006

Работа выполнена на кафедре "Металлические конструкции и испытания сооружений" ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет".

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Григорий Иванович Белый

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Владимир Викторович Егоров,

кандидат технических наук, доцент Борис Исаевич Любаров

Ведущая организация ЗАО "ПИ Ленпроектстальконструкция"

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Ученый секретарь диссертационного совета Д.212.223.03

кандидат технических наук, доцент И.С. Дерябин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Снижение расхода металла в строительстве достигается применением тонкостенных стержневых конструкций, видное место среди которых занимают холодногнутые профили. Их использование в элементах конструкций промышленных зданий взамен горячекатаных позволяет сэкономить 10...12 % металла и значительно снизить трудоемкость изготовления и монтажа.

Профили, полученные методом холодной гибки, отличаются от аналогичных горячекатаных наличием в сечении зон упрочнения стали и остаточных напряжений. Закономерности распределения остаточных напряжений и упрочнения хорошо изучены и могут быть учтены в расчетах. Высокая чувствительность тонкостенных стержней к различным геометрическим и физическим несовершенствам заранее предопределяет пространственный характер деформирования практически при любом виде их загружения, что требует принятия в расчетах на устойчивость пространственно-деформированной схемы. Широкое распространение стержней открытого профиля в несущих конструкциях определяет актуальность развития методов их расчета.

Цель работы экспериментально-теоретическое исследование с разработкой практических методов расчета на пространственную устойчивость элементов конструкций из гнутых профилей открытого сечения с учетом упрочнения, остаточных напряжений и возможной потери местной устойчивости. устойчивость пространственный упрочнение конструкция

Научную новизну работы составляют:

- алгоритм и программа расчета на пространственную устойчивость тонкостенных стержневых элементов из гнутых профилей открытого сечения с учетом следующих факторов: различных условий загружения продольной силой на концах элемента; фактического распределения механических характеристик стали и остаточных напряжений; начальных искривлений и углов закручивания; формы сечения; потери местной устойчивости;

- заключения и выводы о влиянии упрочнения и остаточных напряжений, формы сечения, размеров и расположения зон редуцирования на пространственную устойчивость;

- результаты экспериментальных исследований пространственной устойчивости стержней из гнутого швеллера, сжатых силой с разными концевыми двухосными эксцентриситетами;

- результаты численных исследований, представленные в безразмерных параметрах в виде таблиц коэффициентов, которые могут быть использованы для проверки пространственной устойчивости элементов конструкций из гнутых профилей.

Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы, представленные инженерной методикой расчета на пространственную устойчивость элементов конструкций из холодногнутых профилей, приняты к внедрению в ЗАО "ПИ Ленпроектстальконструкция", ОАО "СПбЗНИиПИ".

Практическая ценность работы заключается в разработке инженерной методики расчета на пространственную устойчивость в нормативной форме с введением новых данных, характеризующих форму сечения, распределение механических характеристик стали и остаточных напряжений, различных условий загружения на концах элемента. Даны практические рекомендации по применению профилей с зонами потери местной устойчивости. Новые результаты инженерной методики получены при помощи разработанных алгоритмов и программ расчета, построенных в безразмерных параметрах, которые также самостоятельно могут быть использованы в расчетах.

Достоверность результатов основывается на использовании хорошо апробированных теорий и методов расчета стержневых элементов металлических конструкций, а также на удовлетворительном согласовании теоретических и экспериментальных результатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на 58-й и 59-й Международных научно-технических конференциях молодых ученых, проходивших в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете (СПб., 2005, 2006 гг.), а также на 61-й, 62-й и 63-й научных конференциях профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета (СПб., 2004, 2005, 2006 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка литературы. Объем работы составляет 123 страницы машинописного текста, 39 рисунков и 10 таблиц. Список литературы состоит из 141 наименования, из них 125 на русском языке.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В первой главе рассматриваются примеры несущих конструкций, в которых применены гнутые профили открытого сечения, с целью выявления наиболее распространенных типов сечений и узлов сопряжений стержневых элементов, а также приводится обзор опубликованных работ по вопросам изучения свойств гнутых профилей.

Исследования, проводимые в ЦНИИПСК имени Мельникова, ЦНИИСК имени Кучеренко, в Красноярском ПромстройНИИпроекте, показали, что гнутые профили открытого сечения целесообразно применять в стержневых конструкциях (фермы, опоры линий электропередач, башенные конструкции, связи), а также в фахверках промышленных зданий, каркасах легких зданий, сборно-разборных конструкциях. Наиболее эффективно использование гнутых профилей в конструкциях покрытий. Снижение трудоемкости возможно за счет бесфасоночных решений узлов.

Начало экспериментально-теоретических исследований распределения механических свойств стали по сечению холодногнутых профилей следует отнести к 1959 году. Изучением механических свойств и особенностей работы гнутых профилей, связанных с процессом их изготовления, занимались К.Н. Богоявленский, И.С. Тришевский, Ю.Н. Тихенко, В.И. Трофимов, В.И. Новиков, Э.Ф. Гарф, К. Каррен, Дж. Винтер, В.М. Дереньковский, И.С. Немкова, Э.Л. Айрумян, Г.А. Арктиков, В.Ф. Беляев, Л.B. Гладштейн, Г.Г. Голенко, Л.А. Шапиро и другие. Исследования показали, что механические свойства стали по сечению профиля распределяются неравномерно. Отмечается существенное повышение значений пределов текучести и временного сопротивления стали в местах гиба по сравнению с плоскими участками. Упрочнение учитывается в расчетах с помощью двух методов. В первом методе все сечение представляется полистальным: условно разбивается на отдельные площадки, которые имеют свои заданные диаграммы работы стали . Такой подход использовался, например, в работах А.Н. Казачковой, С.Н. Пичугина, Я.А. Березанского. Другой метод учета упрочнения положен в основу работ Л.А. Шапиро, Э.Ф. Гарфа, В.И. Новикова. Согласно этому методу сечение гнутого профиля считается однородным с повышенными механическими характеристиками, вычисленными с учетом упрочнения.

В процессе производства гнутого профиля в нем одновременно с образованием зон с разными механическими свойствами появляются остаточные напряжения. Методика учета остаточных напряжений впервые предложена Ю.Н. Тихенко.

Рассматриваемые в работе холодногнутые профили являются тонкостенными стержнями открытого сечения, поэтому для решения задачи пространственной устойчивости необходимо использовать теорию тонкостенных стержней в сочетании с теорией деформационного расчета.

Основы теории устойчивости стержней заложены в работах Л.Эйлера, Ф. Энгессера, Т. Кармана, Ф. Шенли. Дальнейшее развитие на случай неупругих деформаций эта теория получила в работах К. Ежека, Н.С. Стрелецкого, А.Р. Ржаницина, С.Д. Лейтеса, А.С. Вольмира, А.В. Геммерлинга и других ученых.

Устойчивость сжатых и изгибаемых элементов рассматривалась в работах Ю.В. Репмана, В.В. Егорова, Н.Г. Добудоугло, В.Ф. Луковникова, П.Я. Ларичева, В.В. Пинаджана, Р.А. Скрипниковой, А.З. Зарифьяна, Г.М. Чувикина и других ученых. Исследования базируются на технической теории В.З. Власова и уравнениях равновесия для пространственно-деформированной схемы, составленных В.З. Власовым, Б.М. Броуде, Л.Н. Воробьевым, С.П. Вяземским, впоследствии обобщенных Е.А. Бейлиным. Уравнения равновесия являются весьма громоздкими и практически не допускают решения в замкнутом виде даже при упругой работе материала.

Г.И. Белым предложен приближенный аналитический метод расчета тонкостенных стержней по деформированной схеме. Решение основано на аппроксимации пространственных форм деформирования в виде линейной комбинацией частных форм: форм, полученных недеформационным расчетом, и форм потери устойчивости. Физическая нелинейность учитывается введением дополнительных пространственных перемещений сечений стержня.

Этот метод использовался в работах Н.Г. Сотникова, Н.Н. Родикова, С.Н. Пичугина, С.Н. Сергеева, П.А. Пяткина и многих других исследователей, а также в данной работе при оценке пространственной устойчивости стержневых элементов из холодногнутых профилей открытого сечения.

Исчерпание несущей способности может происходить из-за наступления в процессе нагружения потери местной устойчивости, которая может предшествовать потере общей (пространственной) устойчивости. Изучению вопросов устойчивости пластин посвящены исследования Б.М. Броуде, Е.В. Борисова, Ф. Блейха, Я. Брудки, А.С. Вольмира, И.Б. Ефимова, Э. Стоуэла и других ученых. При действии в сечениях стержня целого комплекса силовых факторов задачи местной устойчивости решаются, как правило, приближенными методами, которые опираются на теорию устойчивости пластинок. Одним из таких методов является метод, основанный на использовании в расчете вместо полного, меньшего (редуцированного) сечения, неэффективные участки которого исключаются из расчета.

В заключение определена цель диссертации экспериментально-теоретическое исследование с разработкой практических методов расчета на пространственную устойчивость элементов конструкций из гнутых профилей открытого моносимметричного сечения с учетом упрочнения, остаточных напряжений и возможной потери местной устойчивости.

Во второй главе теоретически исследуется пространственная устойчивость стержневых элементов из гнутых профилей.

Рассматривается упругий тонкостенный стержень, имеющий неизменное по длине открытое сечение, загруженный продольной силой с различными концевыми двухосными эксцентриситетами (рис. 1, а). Исходное сечение моносимметричное (рис. 1, б) с произвольными размерами (, , , ), углами (,) и радиусами гиба (, , ), с помощью которого можно рассмотреть несколько видов распространенных сечений гнутых профилей.

Рис. 1. Схема: а загружения; б пространственных перемещений стержня

Принятая расчетная схема стержня является универсальной. В случае, когда расчетные длины в двух плоскостях одинаковы, выделение элемента из конструкции можно осуществить с помощью аппарата расчетных длин, который предлагается в нормативной литературе. Если расчетные длины в двух плоскостях различны, то элемент можно выделять по расчетной длине в плоскости меньшей жесткости. При этом в другой плоскости необходимо вести расчет конструкции по плоской деформированной схеме с целью определения в местах выделения элемента концевых (для стержня) "деформационных" моментов и . Тогда все четыре эксцентриситета определяются по формулам ; ; ; . Заметим, что и получены расчетом конструкции в плоскости меньшей жесткости по недеформированной схеме.

В решении задачи пространственной устойчивости используется техническая теория тонкостенных стержней В.З. Власова и деформационная теория расчета упругих тонкостенных стержней В.З. Власова, Л.Н. Воробьева, Б.М. Броуде, обобщенная Е.А. Бейлиным. С учетом моносимметричности сечения и рассматриваемых нагрузок система деформационных уравнений равновесия Е.А. Бейлина при ее предварительном интегрировании примет вид

(1)

где v, u функции перемещений; угол закручивания; продольная сила; ,, изгибающие и крутящий моменты; E,G модули линейной и сдвиговой деформации; , , , моменты инерции сечения; a_y координата центра изгиба; , геометрические характеристики сечения.

Верхний индекс "нолик" означает, что последние найдены по недеформированной расчетной схеме, выделенного из конструкции, стержневого элемента, а знак "штрих" дифференцирование по длине стержня.

В соответствии с методом Г.И. Белого, общее решение (1) можно представить в виде линейной комбинации частных решений

, , , (2)

где , , начальные перемещения и углы закручивания сечений; , , деформации, определяемые недеформационным расчетом; , , функции потери устойчивости; , , дополнительные пространственные деформации, учитывающие развитие пластических деформаций.

Функции начальных несовершенств можно представить в виде

, , , (3)

где U₀, V₀, константы, устанавливаемые по замерам в середине стержня; формы начальных искривлений и угла закручивания сечений; относительная координата по длине стержня; l длина стержня.

Результаты недеформационного расчета для принятой расчетной схемы имеют вид

,

,

, (4)

где ; ; соотношения концевых эксцентриситетов и бимоментов и ; .

Функции потери устойчивости

, , , (5)

где ; формы потери устойчивости; , коэффициенты, учитывающие стеснение депланации торцевых сечений; U_y, V_y, _y неизвестные константы.

Пространственные перемещения , , аппроксимируются тригонометрическими полиномами, удовлетворяющими граничным условиям

,

,

, (6)

где ,

;

.

Подставляя (2) в (1), получим

 (7)

Для решения системы (7) применяется алгоритм Бубнова Галеркина

, , . (8)

В результате получим систему трех уравнений относительно неизвестных констант функций потери устойчивости U_y, V_y, _y. После определения их значений становятся известными пространственные деформации стержня v, u, . Таким образом, можно перейти к определению деформационных усилий

, , . (9)

Алгоритм определения упругих пространственных деформаций с помощью указанного метода получил название "Стержень".

Для определения дополнительных пространственных перемещений , , , вызванных возможным развитием пластических деформаций, используется апробированный алгоритм "Сечение", в котором дополнительно учитывается редуцирование сечения, фактическое распределение механических характеристик стали и остаточные напряжения.

Для оценки влияния потери местной устойчивости и расчета стержня после ее возникновения реализована методика Еврокода, основанная на использовании в расчете вместо полного редуцированного (меньшего) сечения, неэффективные участки которого исключаются из расчета (рис. 2, а).

При возникновении в процессе нагружения стержня неэффективных зон, определяются их расположение, размеры и геометрические характеристики редуцированного сечения, которые учитываются в дальнейших расчетах. Также учитывается дополнительный изгибающий момент, возникающий из-за смещения центра тяжести полного и редуцированного сечений (рис. 2, а).

Рис. 2. Некоторые особенности гнутых профилей: а редуцирование сечения; б остаточные напряжения; в распределение механических характеристик стали

Остаточные напряжения от гибки в каждой элементарной площадке А_к определяются по методике, предложенной Ю.Н. Тихенко, согласно которой: в местах гиба возникают растягивающие остаточные напряжения , а в плоских участках сжимающие (рис. 2, б). Здесь _т предел текучести заготовки (без упрочнения); А площадь всего сечения; А_закр площадь мест гиба.

Распределение механических характеристик стали по сечению гнутого профиля принимается согласно исследованиям И.С. Немковой, где выделяются три зоны упрочнения (рис. 2в): места гиба (К₁ = 1,4); плоские участки, прилегающие к местам гиба, и крайние участки (К₂ = 1,15); плоские участки (К₃ = 1,02). Для каждой зоны упрочнения в алгоритме "Сечение" принимается своя диаграмма работы стали , полученная умножением исходной диаграммы на соответствующий коэффициент упрочнения К_i ( см. рис. 2, в).

Перемещения , , устанавливаются в ходе итерационного процесса, для чего производится пошаговое нагружение. На очередном шаге в результате процедуры алгоритма "Стержень" в первом приближении определяются деформационные усилия в сечении по (9) и вычисляются приращения деформационных усилий между полученными значениями на данном и на предыдущем шагах итерации. По этим приращениям с использованием алгоритма "Сечение" определяются приращения компонент деформаций , , . С помощью метода коллокаций и принятых аппроксимирующих функций (6) устанавливаются значения , , . С учетом этих приращений (как начальных несовершенств) заново производится процедура алгоритма "Стержень". Весь расчет повторяется до тех пор, пока приращения деформационных усилий или дополнительных перемещений не достигнут необходимой степени малости. Затем задаются новые приращения нагрузкам. С ростом нагрузки сходимость итерационного процесса ухудшается, и на определенном этапе он становится расходящимся. Это соответствует нарушению устойчивости процесса деформирования. С требуемой точностью определяются величины нагрузок, при которых процесс еще сходился. Эти нагрузки считаются предельными.

По описанному алгоритму составлена программа на языке Turbo Pascal, с помощью которой численно исследована пространственная устойчивость.

Влияние различия концевых двухосных эксцентриситетов на деформации продольной оси стержня исследуется на примере расчета стержня гибкостью корытного гнутого профиля 120120606. Рассмотрены различные условия загружения на концах стержня. Выявлено, что при неравных концевых эксцентриситетах формы деформирования несимметричны, максимумы деформаций смещаются в сторону больших эксцентриситетов. При равных концевых эксцентриситетах формы деформирования симметричны.

Влияние степени стеснения депланации торцов стержня на пространственную устойчивость рассмотрено на примере расчета (рис. 3) стержня гибкостью . Расчет выполнен для трех степеней стеснения депланации: полного; частичного и свободной. Наличие полного стеснения депланации торцов стержня повышает устойчивость на 10 % по сравнению с загружением, когда депланация свободна.



Рис. 3. Перемещения и углы закручивания среднего сечения стержня

Влияние упрочнения и остаточных напряжений на пространственную устойчивость стержней исследовалось на примерах расчета стержней С-образного сечения с условными гибкостями от 2 до 5. Учет упрочнения стали, как показали примеры расчета, приводит к увеличению пространственной устойчивости на 5...10 %, а влияние остаточных напряжений, наоборот, к снижению на 2...7 %. Совместное влияние указанных факторов приводит к повышению пространственной устойчивости на 3...8 %.

Влияние формы сечения на пространственную устойчивость исследуется путем сравнения результатов расчета стержней трех типов сечений: швеллерного, С-образного и корытного. Сечения равной высоты формировались из одной и той же полосы (рис. 4). В плоскости большей жесткости задавался эксцентриситет , а в плоскости меньшей жесткости эксцентриситеты варьировались в пределах от 0,8 до +0,8.

Рис. 4. Основные размеры исследуемых сечений

На рис. 5 показана зависимость коэффициента влияния формы ( предельная нагрузка для С-образного и корытного профиля; тоже для швеллерного профиля) от величины и знака эксцентриситета .

а

б

в

Рис. 5. Зависимость коэффициентов от эксцентриситета в плоскости меньшей жесткости и длины стержня l

Для рассмотренных загружений более рациональным оказался С- образный профиль. Несущая способность его оказалась выше, чем у швеллера, в среднем на 15 %. Менее рациональным оказался корытный профиль. Его несущая способность оказалась в среднем ниже, чем у швеллера, на 4 %. Более высокая несущая способность С-образного профиля объясняется тем, что секториальный момент инерции сечения при отгибах внутрь сечения (С- образное сечение) в 1,85 раза больше, чем у того же сечения, но с отгибами наружу (корытный профиль) и в 1,12 раза больше, чем у швеллера.

В третьей главе описаны постановка, порядок проведения и результаты экспериментального исследования пространственных деформаций и устойчивости внецентренно сжатых стержней из гнутого швеллера.

Экспериментальное исследование проводилось в механической лаборатории имени Н.Н. Аистова (СПбГАСУ) с целью подтверждения результатов теоретических исследований.

В качестве объекта исследований были выбраны стержни гнутого швеллерного сечения 140605 из стали Ст3пс5 гибкостью 70, 100, 150. Всего испытано 18 стержней по трем схемам загружения.

Установка для испытания стержней на внецентренное сжатие была сконструирована на базе 500-тонного пресса "Амслер" с использованием дополнительной динамометрической системы. Нагрузка на стержни передавалась с помощью специального опорного приспособления ножевого шарнира, позволяющего концевым сечениям свободно поворачиваться в двух плоскостях, но препятствующего их закручиванию.

Перемещения измерялись прогибомерами ПАО-6 с ценой деления 0,01 мм, углы закручивания угломерными приспособлениями. Относительные деформации контролировались тензорезисторами 5П1-20-100-А-12.

Перед испытанием проводились измерения начальных искривлений оси образцов, которые были учтены при определении теоретических значений предельных сил и пространственных деформаций.

Распределение механических характеристик стали по сечению определялось испытанием на растяжение стандартных образцов, вырезанных механическим способом из различных мест поперечного сечения. Число образцов из каждого места сечения принималась не менее трех. Результаты испытания стали показаны на рис. 6.

а б в

Рис. 6. Результаты испытания стали: а места вырезки образцов; б значения пределов текучести; в эпюра коэффициентов упрочнения

Выявленный характер распределения механических характеристик по сечению гнутого швеллера хорошо согласуется с экспериментально-теоретическими исследованиями других авторов и учтен при выполнении сравнительных теоретических расчетов.

Основные результаты испытаний представлены в виде таблиц и графиков зависимостей перемещений и углов закручивания от уровня нагружения.

Экспериментальные значения предельных нагрузок удовлетворительно согласуются с теоретическими: в 72 % опытов расхождение не превысило 5 %; в остальных случаях оно находилось в пределах 5...10 %.

Полученные результаты свидетельствует о том, что разработанные алгоритм и программа расчета с достаточной точностью описывают пространственную работу стержневых элементов из гнутых профилей.

В четвертой главе предложена инженерная методика проверки пространственной устойчивости стержневых элементов из холодногнутых профилей в форме, принятой в СП 53-102 2004, и предлагаются практические рекомендации по расчету на пространственную устойчивость.

Проверка пространственной устойчивости стержневых элементов из гнутых профилей, подверженных сжатию с изгибом в двух главных плоскостях, может быть сведена к практически нормативной форме, а именно

, (10)

где коэффициент снижения расчетных сопротивлений при внецентренном сжатии; коэффициент, учитывающий соотношение концевых эксцентриситетов; коэффициент влияния формы сечения.

Значения коэффициентов , , приведены в табличной форме.

На рис. 7 проиллюстрированы значения коэффициентов для случая загружения стержней, когда на одной из опор эксцентриситеты (; ) зафиксированы, а на другой варьируются (; ).



Рис. 7. Зависимость коэффициентов от соотношения эксцентриситетов

Влияние различия эксцентриситетов тем больше, чем меньше гибкость стержня, однако в сечениях стержней малой гибкости при концевых эксцентриситетах разного знака развиваются значительные пластические деформации, которые несколько сглаживают влияние различия эксцентриситетов. Анализируя значения коэффициентов , можно сделать вывод о том, что учет различия концевых эксцентриситетов позволяет вскрывать резервы несущей способности, которые могут достигать 45 % в зависимости от гибкости и соотношения эксцентриситетов.

На примере расчета стержня из гнутого швеллера гибкостью рассмотрено влияние редуцирования сечения на пространственную устойчивость. Графические зависимости перемещений в двух главных плоскостях от величины продольной силы представлены на рис. 7, численные результаты в таблице. Толщины сечений и схемы загружения стержня принимались такими, чтобы в стенках и полках возникали неэффективные зоны (затушеванные части сечений, представленных на рис. 8). Рассмотрены две схемы загружения стержня: первая соответствует загружению продольной силой слева от центра тяжести сечения (левая часть графика); вторая загружению продольной силой с тем же эксцентриситетом, но справа от центра тяжести (правая часть графика). Для каждой схемы просчитывались три варианта: с учетом редуцирования (сплошные линии); без учета редуцирования сечения (пунктирные линии); сечение имеет толщину на 1 мм большую исходной, когда не наблюдается редуцирования (штрихпунктирные линии).

Учет редуцирования приводит к различным результатам снижения устойчивости: для первой схемы загружения 2,4 %; для второй 16,1 %. При этом редуцированные площади сечений соизмеримы: и . Резкое снижение несущей способности при второй схеме загружения объясняется тем, что неэффективные зоны расположены в местах максимальных напряжений. Увеличение площади сечения на 25 % приводит к увеличению устойчивости на 46,5 %.

Таблица

Результаты расчетов полного и редуцированного сечений

Величина	Схема загружения
	1	2
Предельная сила без учета редуцирования сечения, кН	215,2	158,4
Расположение неэффективных зон	Стенка	Полки
Редукционный коэффициент	0,98	0,975
Предельная сила с учетом редуцирования, кН	210,1	136,4
Снижение несущей способности стержня за счет редуцирования сечения, %	2,4	16,1
Предельная сила , кН, для стержня с увеличенной на 1 мм толщиной (площадь сечения увеличивается на 25 %)	271,6	199,8
Увеличение несущей способности за счет увеличения толщины, %	29,3	46,5

Рис. 7. Перемещения и углы закручивания среднего сечения стержня

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны алгоритм и программа расчета на пространственную устойчивость элементов конструкций из гнутых профилей с учетом влияния следующих факторов: различных условий загружения продольной силой на концах элемента; возможных начальных деформаций; фактического распределения механических характеристик стали и остаточных напряжений; формы сечения; расположения и размеров зон потери местной устойчивости.

2. Получены новые результаты расчета на пространственную устойчивость, анализ которых показал следующее: учет фактического распределения механических характеристик стали и остаточных напряжений приводит к повышению устойчивости на 3...8 %; учет различия концевых эксцентриситетов продольной силы позволяет вскрыть резервы устойчивости до 45 %; наличие полного стеснения депланации торцов стержня повышает устойчивость на 8...11 % по сравнению со случаем, когда депланация свободна.

3. Результаты экспериментальных исследований пространственной устойчивости стержневых элементов из гнутых профилей удовлетворительно согласуются с теоретическими, что свидетельствует о правильности принятых расчетных предпосылок.

4. Разработана инженерная методика расчета на пространственную устойчивость, обеспечивающая внедрение результатов в форме, принятой в СП 53-102 2004, с введением новых значений коэффициентов: снижения расчетных сопротивлений ; учитывающих различие концевых двухосных эксцентриситетов ; влияния формы сечения .

5. Анализ коэффициентов влияния формы сечения показал, что применение профилей отличных от швеллерного, может, как занижать (до 7 %), так и повышать (до 10 %) несущую способность.

6. Даны практические рекомендации для применения профилей с зонами потери местной устойчивости. При их незначительной величине (5%), но расположении в местах максимальных напряжений снижение несущей способности стержня может достигать 30 %.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Астахов, И.В. Особенности расчета на прочность и устойчивость стержневых элементов из гнутых профилей [Текст] / И.В. Астахов // Докл. 61-й науч. конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та [в 2 ч.] / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2004. -Ч.1. - С. 54-56. - Библиогр.: с. 56.

2. Астахов, И.В. Устойчивость стержневых элементов из гнутых профилей [Текст] / И.В. Астахов // Докл. 62-й науч. конф. профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов ун-та [в 2 ч.] / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2005. -Ч.1. - С. 74-77. - Библиогр.: с. 77.

3. Астахов, И.В. Пространственные деформации и устойчивость сжато-изгибаемых элементов из гнутых профилей [Текст] / И.В. Астахов // Актуальные проблемы современного строительства : 58-я Международная науч. техн. конф. молодых ученых: сб. докл. [в 2 ч.] / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб, 2005. -Ч.1. - С. 44-48. - Библиогр.: с. 48.

4. Астахов, И.В. Экспериментальное исследование пространственной устойчивости стержневых элементов из гнутых профилей [Текст] / И.В. Астахов // Докл. 63-й науч. конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та [в 2 ч.] / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2006. -Ч.1. - С. 53-59. - Библиогр.: с. 59.

5. Астахов, И.В. Влияние редуцирования сечения на пространственную устойчивость стержневых элементов из холодногнутых профилей [Текст] / И.В. Астахов // Актуальные проблемы современного строительства : 59-я Международная науч. техн. конф. молодых ученых: сб. докл. [в 2 ч.] / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2006. -Ч.1. - С. 59-65.

6. Астахов, И.В. Пространственная устойчивость элементов конструкций из холодногнутых профилей [Текст] / И.В. Астахов, Г.И. Белый // Монтажные и специальные работы в строительстве. - М., - 2006. -№9. - С. 21-25 : ил. - Библиогр.: с. 27.

Размещено на Allbest.ru

...