В своей работе мы исследуем конструктивные решения и устраняем ряд существующих недостатков фермы из ЛСТК.
Объект исследования — легкие стальные тонкостенные конструкции.
Предметом исследования являются ферма из ЛСТК.
Цель исследовать конструктивные решения и устранить ряд существующих недостатков фермы из ЛСТК.
В задачи исследования входит:
1. С помощью метода конечных элементов в объемной постановке исследовать работу конструкции на статическую прочность и устойчивость;
2. Проверить сходимость результатов расчета объемной и стержневой моделей;
3. Экспериментально проверить нормативные рекомендации для расчета болтовых соединений в случае тонкостенных (1,5-2 мм) профилей.
Актуальность данной работы заключается в том, что на сегодняшний момент нет широкого применения моделей по расчету и конструированию фермы из ЛСТК, а за частую рассматриваются только узлы. Все это препятствует развитию и применению таких ферм.
Проблема ЛСТК актуальна не только в России, но и в мире. Хотя такими русскими учеными, как Тимошенко С.П., Власов В.З., Белый Г. И., Перельмутер А. В., Сливкер В. И., Бычков Д.В. был внесен огромный вклад в развитие этого вопроса, но практическое применение и внедрение в нормативную базу исследования получили за рубежом.
Практическая значимость. Работа может быть использована для практического применения при прочностном анализе подобных конструкций. В работе указаны перспективные направления исследования.
Работа состоит из Введения, семи глав глав, Заключения и Библиографического списка. Общий объем работы — 95 страниц. Библиографический список содержит 42 наименования.
В ходе исследования нами были проанализирована ферма из ЛСТК пролетом 2х18 метров.
В ходе работы были получены следующие результаты:
1. Выявлена недостаточность стержневой модели относительно объемной в части: 1) оценки концентрации напряжений в околоузловых зонах, 2) величин влияния защемления стержней.
2. Получены критические усилия с учетом реального защемления стержней в узлах для оценки устойчивости в плоскости/из плоскости.
3. Проведение испытания болтовых соединений выявило несоответствие реальных усилий с расчетными. В связи с этим требуется уточнение методики расчета болтовых соединений, поскольку в ЛСТК предельное состояние по смятию металла наступает намного раньше, чем по срезу болтов. Выявлено неравномерное распределение между болтами воспринимаемых усилий в многоболтовом узле.
4. Чтобы повысить запас по прочности и устойчивости конструкции, а также оптимизировать ее по прочности, жесткости, устойчивости и стоимости был предложен ряд нововведений, а именно:
1. Вместо сечения 2хПС использовать 1 профиль ПГС-СИГМА в положении на ребро, что позволит увеличить сопротивляемость взаимному сдвигу двух полуферм, упростить монтаж и обеспечить экономию металла на накладках. В купе с этим такое решение позволяет более эффективно решить узлы, устранив внецентренное приложение осевой нагрузки.
2. Нижний пояс заменить на двутавр из «черного» металла, что позволит упростить монтаж, удешевить конструкцию, увеличить эффективную высоту фермы уменьшив строительную высоту.
5. Разработанная методика позволила усовершенствовать конструктивное решение узлов и стержней, что повысило устойчивость отдельных стержней в 1,5 раза, жёсткость конструкции на 20%, коэффициенты концентрации до 5 раз и понизило стоимость фермы примерно на 10%.
6. Для более стабильной работы многоболтовых соединений целесообразно уменьшать разность диаметров отверстий и болтов, чтобы включение в работу болтов разных рядов было одновременным.
Выделены направления дальнейшего развития:
1. Для уменьшения деформативности узлов конструкций, а также для уменьшения количества болтов в узлах, целесообразно применение сдвигоустойчивых соединений с использованием высокопрочных болтов.
2. Применяемая методика расчета болтовых соединений предназначена для больших толщин металла и применимо к ЛСТК дает большую ошибку в запас. Для более экономичного конструирования узлов необходимо выработать специальную методику расчета болтовых соединений.
3. Выявлено уменьшение расчетной длины у составного сечения из плоскости из-за не вполне совместной работы, которая заключается в том, что накладки не имеют достаточной жесткости, чтобы сдерживать сдвиг профилей относительно друг друга в продольном направлении. Это ведет к нарушению гипотезы плоских сечений, поэтому нужно решать задачу устойчивости с учетом возможного сдвига для изменения коэффициента расчетной длины.
