Введение 6
Раздел 1 Обзор и анализ ранее выполненных исследований балок с гофрированной стенкой 8
1.1 История эволюции конструктивных решений блок с гофрированной
стенкой, их классификация 8
1.2 Анализ влияния конструктивных особенностей стенки на ее работу.
Расчетные модели стенок 19
1.3 Обзор ранее выполненных экспериментальных исследований балок с
гофрированной стенкой 24
1.4 Цель и задачи исследований 31
Раздел 2 Особенности и факторы действительной работы гофрированных стенок 32
2.1 Особенности работы и напряженно-деформированного состояния
гофрированных стенок 32
2.2 Обзор методик расчета гофрированных стенок 43
2.2.1 Расчет на местную устойчивость панели гофр 43
2.2.2 Расчет на общую потерю устойчивости стенки 44
2.2.3 Расчет прогиба балки с гофрированной стенкой 48
2.3 Выводы по главе 2 49
Раздел 3 Численные исследования балок с гофрированной стенкой 50
3.1 Исследование работы балок на изгиб и эффективность с учетом
конструктивного решения 52
3.1.1 НДС балки от действия изгибающего момента 52
3.1.2 Деформативность балки 57
3.2 Исследование жесткости на кручение балок 59
3.3 Деформативность стенок при сдвиге 66
3.4 Локальные напряжения в стенке балки 72
3.4.1 Распределительная пластина 100х2 мм 73
3.4.2 Распределительная пластина 100х10 мм 75
3.4.3 Распределительная пластина 100х20 мм 77
3.4.4 Распределительная пластина 200х2 мм 79
3.4.5 Распределительная пластина 200х10 мм 81
3.4.6 Распределительная пластина 200х20 мм 83
3.5 Общая и местная устойчивость в балке 87
3.6 Выводы по главе 3 94
Выводы по работе в целом 99
Заключение 101
Список литературы 102
Приложения 112
Приложение 1 112
Приложение 2 113
Приложение 3 114
Приложение 4 115
Приложение 5
Одним из направлений совершенствования металлических конструкции является разработка и исследование конструктивных решений так называемых легких конструкций. Основным признаком, отличающим легкие конструкции от традиционных, является значительное снижение на них расхода стали.
Применительно к изгибаемым элементам, балкам, снижение металлоемкости можно обеспечить разными конструктивными и технологическими приемами, на основе чего получают разные варианты конструктивных решений.
Известна конструкция балок на основе перфорированных двутавров, получаемых, путем роспуска по зигзагообразной линии на стенке и последующей сварки, из прокатных двутавров.
Применение более прочной стали для нижней части двутаврового сечения возможно в перфорированных балках, это еще более повышает их эффективность.
Другое конструктивное решение - так называемые бистальные балки, в которых в стенке из менее прочной, чем полки, стали допускается развитие пластических деформаций.
Для снижения металлоемкости разработано конструктивное решение балок, в которых используется закритическая работа тонкой стенки. Тонкая стенка на определённом этапе нагружения теряет местную устойчивость между ребрами жесткости, в ней образуются диагональные складки в пределах отсека между двумя вертикальными ребрами. Конструктивно и по характеру работы такая балка напоминает ферму.
Снижению расхода стали в балках способствует применение предварительного напряжения балок затяжками или шпренгельной конструкцией.
Для снижения металлоемкости используют идею изменения (сброса) сечения балки по длине в соответствии с формой эпюры изгибающего момента.
Известны идеи предварительного напряжения стенок двутавровых сечений балок для повышения местной устойчивости с одновременным увеличением гибкости стенки.
Толщина стенки обусловливается работой на восприятие поперечной силы, требованиями сварки или прокатки, а также необходимостью обеспечения местной устойчивости. В балках с гофрированной стенкой (БГС) местная устойчивость обеспечивается устройством гофр по стенке. Известно значительное количество конструктивных решений балок с гофрами по стенке. Гофры существенно уменьшают гибкость стенки по сравнению с плоским вариантом и тем же соотношением ее высоты и толщины.
Первая работа по исследованию гофрированных балок [2], которая предлагает использовать балки с гофрированной стенкой в качестве строительных конструкций, в Советском Союзе была выполнена В.Н. Горновым. В своей статье, изданной в 1937 году, говорилось, что, при такой же прочности, балки с волнистой стенкой легче прокатных балок приблизительно в 2 раза. Но в тех далеких 1940-1950-х годах идея гофрированных балок в строительной сфере не находила своего применения.
За рубежом первые исследования балок с гофрированными стенками нашли свое применение при проектировании летательных аппаратов. Сотрудник "NACA"А.Ф. Фрэйзер в 1956 г. опубликовал работу [8], в которой рассматривал применение балок гофрированной стенкой для крыльев в самолетостроении.
Объектом исследования в настоящей магистерской ВКР является балки с гофрированной стенкой и поясами из ЗГСП.
Предметом исследования являются факторы действительной работы элементов сечения балок с гофрированной стенкой.
В данной выпускной квалификационной работе решен ряд следующих задач:
- рассмотрена история эволюции балок с гофрированной стенкой;
- проанализировано влияние конструктивных особенностей стенки на ее работу;
- рассмотрен отечественный и зарубежный опыт исследований балок с гофрированной стенкой;
- проанализированы особенности и факторы действительной работы гофрированных стенок;
- выполнен обзор методик расчета гофрированных стенок;
- произведен расчет различных предельных состояний и определены характеристики рассматриваемых балок;
- проанализированы результаты расчета рассматриваемых образцов балок;
- определены преимущества и недостатки использования балок с гофрированными стенками, поясами из ЗГСП и плоскими элементами балок.
