Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
47
ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ
ГОЛОДНОВ Олександр Іванович
ГРАНИЧНИЙ СТАН СТАЛЕВИХ КОЛОН І БАЛОК ПРИ НАЯВНОСТІ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУжень
Спеціальність 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди
дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук
Дніпропетровськ - 2006
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона Національної Академії Наук України.
Науковий консультант:
доктор технічних наук, професор, академік Національної Академії Наук України Лобанов Леонід Михайлович, Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона Національної Академії Наук України, заступник директора з наукової роботи, завідувач відділом оптимізації зварних конструкцій;
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Шимановський Олександр Віталійович, ВАТ Укрндіпроектстальконструкція ім. В.М. Шимановського, Голова правління;
доктор технічних наук, професор Пермяков Володимир Олександрович, Київський національний університет будівництва та архітектури, завідувач кафедрою металевих та дерев'яних конструкцій;
доктор технічних наук, професор Єгоров Євгеній Аркадійович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, професор кафедри металевих, дерев'яних і пластмасових конструкцій.
Провідна установа:
Донбаська національна академія будівництва та архітектури Міністерства освіти та науки України, кафедра "Металеві конструкції".
Захист відбудеться "27" квітня 2006 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.02 Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.
Автореферат розісланий 24 березня 2006 р.
Вчений секретарспеціалізованої вченої ради |
Е.М. Кваша |
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність проблеми. В Україні існує значний фонд сталевих будівельних конструкцій. Тільки в основних галузях промисловості експлуатується близько 36 млн. т і цей обсяг має тенденцію до збільшення. Найбільш ходовими для виготовлення колон, кроквяних балок і ферм, спеціальних конструкцій будівель і споруд є двотаврові й кутикові профілі. Ця обставина сприяє розробленню нових методів розрахунку і технологій виготовлення на базі останніх досягнень науки і техніки.
Як відомо, граничним станом вважається такий стан об'єкта, за яким його подальша експлуатація неприпустима чи недоцільна, або відновлення його працездатного стану неможливе чи недоцільне. Як критерій граничного стану розглядається ознака чи сукупність ознак граничного стану об'єкта, встановлених нормативно-технічною та (чи) конструкторською (проектною) документацією. При цьому, залежно від умов експлуатації для одного й того ж об'єкта можуть бути встановлені два чи більше критеріїв граничного стану.
Залишковий напружений стан (ЗНС) виникає в сталевих конструкціях під час виготовлення із застосуванням локальних термічних впливів (ЛТВ). Залишкові стискні напруження (ЗСН), зосереджені по крайках поясів зварних двотаврових колон, призводять до раннього утворення пластичних зон у цих частинах перерізу. Експериментальними дослідженнями підтверджене зниження стійкості стиснутих зварних двотаврових елементів до 37% у порівнянні із аналогічними конструкціями без ЗСН. Несприятливий вплив ЗСН визначає розмежування коефіцієнтів поздовжнього вигину при розрахунках стиснутих елементів одного профілю. Розбіжність коефіцієнтів поздовжнього вигину для конструкцій двотаврового і Н-подібного перерізу без залишкових напружень (наприклад, відпалених) і з ЗСН на крайках поясів понад 49 МПа може досягати (15-17)% (за даними СНиП 2.05.03-85*). У чинних нормах проектування сталевих конструкцій (СНиП II-23-81*) методика визначення коефіцієнта поздовжнього вигину не враховує особливостей технології виготовлення конструкцій, тобто наявність ЗНС.
Таким чином, як актуальна науково-технічна проблема розглядається розробка методології проектування і виготовлення економічних за витратами металу конструкцій. Вирішення цієї проблеми неможливе без удосконалення методів визначення ЗНС у сталевих будівельних конструкціях і врахування його впливу при розрахунках колон і балок за граничними станами.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалася на кафедрі архітектури і будівельних конструкцій ДонДТУ МОН України та у відділі оптимізації зварних конструкцій Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України і відповідає актуальним напрямам науково-технічної політики України в області розроблення нових видів ефективних металевих конструкцій відповідно до ДНТП 5.4. “Енергоефективні та ресурсоощадні технології, устаткування і матеріали для зварних конструкцій і споріднених процесів”, затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України від 24.12.2001 р. № 1716 “Про затвердження науково-технічних програм за пріоритетними напрямами розвитку науки і техніки”, і в області оцінки технічного стану експлуатованих будівель і споруд відповідно до Постанови Кабінету Міністрів України №409 від 5 травня 1997 р. “Про забезпечення надійності та безпечної експлуатації будівель, споруд та інженерних мереж”. Дисертація виконувалася в рамках держбюджетних науково-дослідних тем на замовлення Міністерства освіти і науки України “Розробка технології виготовлення і методів розрахунку металевих стрижнів і пластин, попередньо напружених локальними термічними впливами (ЛТВ)”(№ДР UА 01001668Р), “Розробити ефективні методи прогнозування і підвищення ресурсу зварних конструкцій на основі створення принципово нових підходів до діагностики, підвищення міцності і регулювання напружено-деформованих станів з'єднань”(№ДР 0102U003964) і ряду госпдоговірних робіт.
Метою роботи є теоретичне узагальнення й експериментальне обґрунтування методів визначення ЗНС в елементах сталевих конструкцій і врахування його впливу при розрахунках колон і балок, необхідності регулювання ЗНС шляхом ЛТВ, а також розроблення методології проектування і виготовлення економічних за витратами металу конструкцій з регульованим ЗНС.
Задачі досліджень:
Об'єкти досліджень - сталеві конструкції двотаврового і складеного таврового з кутиків профілів: колони, балки, стиснуті елементи ферм тощо, що працюють в області обмеженої динаміки і нормальних температур.
Предмет досліджень –залишкові напруження, що виникають у сталевих конструкціях під час виготовлення і регулювання ЛТВ, та їхній вплив на несучу здатність і деформативність.
Методи досліджень:
Наукову новизну отриманих результатів становлять:
Практичне значення результатів роботи. Вивчені закономірності виникнення ЗНС у сталевих елементах під час виготовлення та регулювання ЛТВ, а також розроблені методи розрахунку дозволяють оцінити його вплив на несучу здатність і деформативність конструкцій.
Експериментальні методи контролю дозволяють визначити дійсний напружено-деформований стан зварних конструкцій, оцінити їхній залишковий ресурс і зробити висновки щодо можливості подальшої експлуатації або прийняти рішення про необхідність проведення робіт із посилення (заміни).
Підготовлені рекомендації дозволяють проектувати згинні та стиснуті елементи більш економічного (зі зниженням маси до 20%) перерізу порівняно з проектованими за відомими методиками СНиП II-23-81* і СНиП 2.05.03-84* за рахунок використання позитивного впливу ЗНС.
Результати розроблення методології проектування і виготовлення економічних сталевих конструкцій з регульованим ЗНС шляхом ЛТВ використані при: розробленні одного навчального посібника й однієї монографії; проектуванні колон навісу комерційного складу аеропорту міста Сочі, навісу над трибунами стадіону “Ювілейний”у місті Кіровське Донецької області; конструкцій підсилення перекриття над підвалом адміністративного будинку Луганського пивзаводу і перекриття в СШ № 14 міста Алчевська; розробленні проектів підсилення будівельних конструкцій малоповерхових житлових будинків повоєнної забудови міста Алчевська тощо.
Експериментальні і теоретичні методи оцінки технічного стану і визначення залишкового ресурсу експлуатованих будівельних конструкцій використані при:
Особистий внесок здобувача. Наукові положення дисертаційної роботи, що виносяться на захист, отримані автором самостійно або в співавторстві відповідно до основних публікацій, у яких особисто авторові належать:
Нові наукові результати є базою методології проектування і виготовлення зварних сталевих конструкцій двотаврового і складеного таврового з кутиків перерізів для нового будівництва, визначення технічного стану і необхідності проведення робіт із підсилення або заміни та прогнозування залишкового ресурсу будівельних конструкцій, що знаходяться в експлуатації.
Публікації. За темою дисертації автором опубліковано 52 роботи, у тому числі 1 монографія, 2 авторські свідоцтва СРСР, 34 публікації у виданнях, що входять у перелік ВАК України. Без співавторів опубліковано 22 роботи.
Особистий внесок здобувача в одержання спільно опублікованих результатів включає формулювання мети і постановку задач досліджень, розроблення теоретичних моделей і їх якісний аналіз, виконання теоретичних досліджень із використанням розроблених алгоритмів розрахунку, участь у плануванні і проведенні експериментальних досліджень, обробленні отриманих результатів, наукове керівництво роботами аспірантів М.Ю. Хвортової, С.В. Козлова та С.М. Полішка.
Апробація результатів роботи. Основні положення і результати дисертації доповідалися на таких конференціях і симпозіумах: Міжнародній конференції "Зварні конструкції", присвяченій 120-річчю з дня народження Є.О. Патона (м. Київ, 24-28 вересня 1990 р.); Міжнародній науково-технічній конференції "Нові методи розрахунку, матеріали і технології в будівництві" (м. Алчевськ, 13-16 вересня 1993 р.); Міжнародній конференції "Металобудівництво-96" (м. Макіївка, 3-7 червня 1996 р.); VІ Українській науково-технічній конференції “Металеві конструкції”(м. Миколаїв, 1-4 жовтня 1996 р.); Міжнародній конференції “Теорія і практика металевих конструкцій”(м.м. Донецьк, Макіївка, 2-4 грудня 1997 р.); VII Українській науково-технічній конференції “Металеві конструкції”(м. Дніпропетровськ, 2-6 жовтня 2000 р.); Всеукраїнській науково-практичній конференції “Реконструкція будинків і споруд. Досвід і проблеми”(м. Київ, 11-14 червня 2001 р.); П'ятому Міжнародному симпозіумі “Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів і конструкцій”(м. Луцьк, 16-19 вересня 2002 р.); Міжнародній науково-технічній конференції “Сучасні проблеми вдосконалення і розвитку металевих, дерев'яних, пластмасових конструкцій у будівництві та на транспорті”(м. Самара, Росія, 24-26 вересня 2002 р.); Міжнародній конференції “Сучасні проблеми відновлення і реконструкції будівель і споруд”(смт. Гурзуф, жовтень 2002 р.); Шостому Міжнародному симпозіумі “Сучасні будівельні конструкції з металу і деревини” (м. Одеса, 26-28 травня 2003 р.); Міжнародній конференції “Захист від корозії і моніторинг залишкового ресурсу промислових будівель, споруд та інженерних мереж”(м. Донецьк, 9-12 червня 2003 р.); Міжнародній науковій конференції “Ресурси і безпека експлуатації конструкцій, будівель і споруд” (м. Харків, 14-17 жовтня 2003 р.); Міжнародній конференції “Сучасні проблеми зварювання і ресурсу конструкцій”(м. Київ, 24-27 листопада 2003 року); Другій Міжнародній науково-практичній конференції “Інноваційні технології діагностики, ремонту і відновлення об'єктів будівництва та транспорту”(м. Алушта, 20-24 вересня 2004 р.); VIII Українській науково-технічній конференції “Металеві конструкції: погляд у минуле і майбутнє”(м. Київ, 18-22 жовтня 2004 року); Четвертій Всеукраїнській науково-технічній конференції “Науково-технічні проблеми сучасного залізобетону”(м. Суми, 15-19 березня 2005 р.); Шостому Міжнародному симпозиумі “Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій” (м. Ужгород, 24-27 травня 2005 р.).
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, шести основних розділів, загальних висновків, списку літератури, додатків. Викладена на 390 сторінках, у тому числі 282 сторінки основного тексту, 31 сторінка списку літератури (287 найменувань), 71 повна сторінка з таблицями і рисунками, 6 сторінок додатків.
ОСНОВНий зміст РОБОТИ
У вступі викладена загальна характеристика роботи, включаючи актуальність проблеми, зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наведені мета, задачі, характеристики об'єкта і предмета дослідження, методи досліджень, наукова і практична цінність результатів роботи, відомості про впровадження й апробацію результатів досліджень, характеристика публікацій і особистий внесок автора в опубліковані роботи, структура й обсяг дисертації.
У першому розділі виконано аналіз існуючих технологій виготовлення зварних конструкцій, визначені основні закономірності формування залишкового напружено-деформованого стану. Відзначено, що значний внесок у рішення різноманітних аспектів проблеми зварних напружень і деформацій внесли І.П. Байкова, К.П. Большаков, В.М. Василєв, В.О. Винокуров, К.М. Гатовський, Л.А. Глікман, Є.В. Горохов, О.Г. Григорьянц, В.С. Ігнатьєва, О.О. Казиміров, Б.С. Касаткін, С.О. Кузьмінов, С.О. Куркін, Л.М. Лобанов, В.І. Махненко, В.С. Михайлов, А.Я. Недосека, Г.О. Ніколаєв, М.О. Окерблом, Є.О. Патон, В.О. Пермяков, В.Г. Петушков, Я.С. Подстригач, В.М. Прохоренко, М.М. Рикалін, В.М. Сагалевич, Г.Б. Талипов, І.П. Трочун, В.І. Труфяков, Л.П. Шелестенко, Л. Бідл, П. Гійо, Х. Кіхара, Х. Луї, Ч. Массоне, К. Мацубуші, Є. Мрика, Дж. Нортон, Л. Толл, Ю. Фуджита, А. Хьюбер та ін.
Обґрунтована можливість регулювання ЗНС ЛТВ шляхом наплавлення валиків або прогрівання ділянок готових металоконструкцій до температури вище критичної точки Ас3.
Дослідження стиснутих елементів на стійкість, у тому числі і з урахуванням впливу ЗНС, виконували І.П. Байкова, Г.Ю. Бельський, В.С. Гавриш, А.В. Геммерлінг, В.С. Ігнатьєва, Й.Й. Набоков, В.М. Небилов, В.В. Ожигін, М.О. Окерблом, Є.О. Патон, І.П. Трочун, Л.П. Шелестенко, Л.В. Шкураков, Л. Бідл, Х. Кіхара, Ч. Массоне, Л.Толл, Ю. Фуджита та ін. Результати досліджень свідчать про істотний (до 37%) вплив ЗНС на стійкість стиснутих елементів. Відзначено, що дослідження позацентрово стиснутих двотаврових елементів і елементів із кутиків проводилися в обмежених об'ємах. Зроблено висновок про те, що, незважаючи на достатню інформацію про вплив ЗНС на стійкість, у чинних нормативних документах це питання не знайшло відображення.
Одним із засобів регулювання ЗНС у сталевих елементах є попереднє напруження. Конструкції з різноманітними видами попереднього напруження вивчали Є.І. Беленя, В.В. Бирюльов, Є.І. Ванштейн, В.М. Вахуркін, І.Г. Клінов, В.О. Кравчук, М.М. Лащенко, Є.П. Лукьяненко, Б.И. Мазо, Й.Й. Набоков, К.Х. Толмачов, П. Фаренчик, М. Тохачек, В.М. Шимановський та ін. На підставі проведеного аналізу робіт зроблено висновок, що при розрахунках конструкцій ігнорується наявність ЗНС, що виникає під час зварювання. Відзначені розбіжності в результатах випробувань зварних і клеєболтових балок (за даними В.О. Кравчука, вони досягають 15%), що пояснюється впливом ЗНС на зусилля попереднього напруження.
Дані про технічний стан експлуатованих будівельних конструкцій, причини появи пошкоджень і обґрунтування необхідності проведення робіт із підсилення або заміни конструкцій наведені в роботах В.М. Гордеєва, Є.В. Горохова, Є.А. Єгорова, В.П. Корольова, А.І. Лантуха-Лященка, М.М. Лащенка, О.І. Оглоблі, А.В. Перельмутера, І.С. Реброва, В.М. Шимановського, О.В. Шимановського, А.М. Югова та ін. Водночас, практично відсутні роботи, у яких би наводилося врахування впливу ЗНС, що виникає після посилення з застосуванням зварювання або нагрівання, при розрахунках конструкцій.
Аналіз стану питання дозволив сформулювати мету і задачі досліджень.
У другому розділі викладено аналітичний метод визначення ЗНС, що виникає в елементах сталевих конструкцій після виготовлення та регулювання ЛТВ. Метод базується на передумовах і допущеннях, які традиційно приймаються для рішення таких задач: приймаються гіпотези про пружнопластичний матеріал; розглядаються тільки поздовжні напруження (поперечні напруження і дотичні вважаються такими, що дорівнюють нулю); напруження і деформації визначаються, як у смузі, що зварена встик (пояси при наплавленні поясних швів), і як у смузі з наплавленими валиками на крайках (стінка при наплавленні поясних швів і пояси при термічних впливах по крайках); смуги нагріваються тієї часткою тепла, яка поширюється при зварюванні в пояси і стінку. Ідеалізований розподіл напружень у поясах і стінці при зварюванні або інших видах термічних впливів наведено на рис. 1.
Рис. 1. Схеми розподілу залишкових напружень:
а) у поясах при зварюванні поясних швів;
б) у поясах при термічних впливах на крайках;
в) у стінці при зварюванні поясних швів
Визначення площ зон залишкових розтягувальних напружень (ЗРН) можна виконати за відомими методиками М.О. Окерблома, В.М. Небилова та ін. Для розв'язання практичних задач розроблена спрощена методика, відповідно до якої:
- площі (ширини) зон ЗРН, що виникають під час зварювання поясних швів, відповідно в поясах () і стінці ()
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
- площа () і ширина () зон ЗРН на крайках поясів, що виникають під час наплавлення валика
(7)
(8)
- площа () і ширина () зон ЗРН, що виникають після розігрівання крайок поясів до температури вище критичної точки Ас3
(9)
(10)
Величини ЗРН (рис. 1):
(11)
(12)
(13)
Величини ЗСН (рис.1):
(14)
(15)
(16)
Величини зон пластичних деформацій:
- для поясних зварних швів
(17)
(18)
- при наплавленні валика по крайках
(19)
- при розігріванні крайок до температур вище критичної точки Ас3
(20)
Розподіл залишкових напружень в елементах складеного перерізу або прокатних після наплавлення валиків чи прогрівання крайок до температури вище критичної точки Ас3 визначається з урахуванням наявності стінки:
(21)
(22)
(23)
(24)
де ширина зони залишкових розтягувальних напружень на крайках; обчислюється за формулою (19) або (20).
Для визначення ЗНС зварного двотаврового елемента після регулювання необхідно скласти значення величин залишкових напружень у відповідних зонах.
Наведені результати експериментального визначення ЗНС, який виникає в елементах двотаврового профілю під час виготовлення. ЗНС визначався методом вимірювання деформацій через руйнування (розрізання пилкою) шляхом звільнення елементів конструкцій із залишковими напруженнями. Як експериментальні зразки були досліджені двотаврові елементи з різними видами ЗНС: серії СТ –зварні двотаврові елементи, попередньо напружені ЛТВ шляхом розігрівання всіх чотирьох крайок до температури вище критичної точки Ас3; СЛ –аналогічні елементам серії СТ, але без попереднього напруження ЛТВ; серії К2 (три зразки), які були однакового перерізу, але з різними видами ЗНС (К1-2 звичайний зварний зразок, К2-2 –зразок із струганням крайок поясів перед зварюванням, К3-2 –зразок без стругання, але з наплавленням валиків у середній частині на довжині 1500 мм) тощо. Перерізи зразків наведені на рис. 2.
Рис. 2. Перерізи експериментальних зразків серій СЛ, СТ, К2
Як первинні засоби вимірювання прийняті дротові тензорезистори. Була прийнята напівмостова схема з'єднання із двома датчиками (активним і компенсаційним) через комутатор для почергового підімкнення активних датчиків.
Як вторинна вимірювальна апаратура застосована система СИИТ-3. Комутація між приладами і випробовуваним елементом здійснювалася через перехідні розняття і допоміжні кабельні лінії.
За даними досліджень побудовані епюри залишкових напружень. Деякі характерні епюри у порівнянні з теоретично визначеними наведені на рис. 3.
Для кутикових профілів після наплавлення валиків або приварювання посилювальних пластин виникає складніший ЗНС. Параметри цього стану (рис. 4) можуть бути отримані при описанні розподілу залишкових напружень на ділянці поліномом третього степеня:
(25)
де коефіцієнти полінома визначаються з граничних умов.
Граничні умови для визначення коефіцієнтів полінома:
Рис. 3. Епюри залишкових напружень у зразках СЛ, СТ, К1-2, К2-2, К3-2
Рис. 4. Розподіл залишкових напружень у полиці кутика після наплавлення
(26)
Система 4-х рівнянь із 5-ма невідомими розв'язується ітераційним шляхом. Приймаючи на першому етапі обчислень, визначають усі невідомі. Прирівнявши першу похідну формули (25) нулю, можна одержати відстань Х*, де залишкові напруження. Тоді
(27)
Знаючи Х*, визначають. Враховують, що корені знаходяться в межах полиці кутика.
Для урахування падіння залишкових напружень у зоні наплавлення валиків виконується другий етап розрахунку. На цьому етапі коефіцієнти полінома, величину розтягувальних напружень , а також та помножують на перехідний коефіцієнт
(28)
Наведено результати експериментальних досліджень ЗНС, що виникає в прокатних кутиках під час наплавлення валиків на крайках. Наплавлення валиків виконувалося в різній послідовності. Для визначення механічних властивостей сталі виконані випробування зразків металу.
Епюра залишкових напружень у полиці одного з кутиків порівняно з теоретичною наведена на рис. 5. Як видно з рисунка, на крайках і поблизу обушка формуються зони ЗРН, а в середній частині полиць –зони ЗСН.
|
Рис. 5 Порівняння експериментальних і теоретичних епюр залишкових напружень у полиці кутика після наплавлення валиків |
Кутик за такого виду ЛТВ набуває залишкового вигину. Наплавляти зварний шов доцільно від центра до країв. У цьому випадку загальна деформативність кутиків після наплавлення менша, ніж за наплавлення шва від країв до центру. За результатами досліджень зроблені висновки. |
У третьому розділі наведені положення розробленого теоретичного методу визначення ЗНС, який виникає в пластинах під час виготовлення і регулювання ЛТВ, і оцінки його впливу на величину критичного навантаження. Розподіл залишкових напружень отримано за допомогою стандартних обчислювальних програм методу скінченних елементів і моделі “обернених”температур.
Як відомо, біфуркація стану рівноваги пластини вказує на досягнення критичної величини напруження і зводиться до знаходження характеристичних значень параметра у рівнянні:
(29)
де - момент інерції площі перерізу смуги пластини одиничної ширини і товщини ; і - нормальні напруження відповідно в напрямку осей X і Y; - дотичні напруження в перерізі, перпендикулярному до площини пластини.
Ці напруження викликані силами, що діють уздовж межі, і розглядаються як задані функції від X і Y.
Числове розв'язання рівняння (29) виконувалося методом скінченних різниць. Область інтегрування розбивалася сіткою з кроком , по осях X і Y. Значення прогинів у вузлах пластин позначено , де - нумерація вузлів сітки в напрямку відповідно X і Y.
Таким чином, на підставі вихідного диференціального рівняння (29) отримана замкнута система лінійних алгебраїчних рівнянь щодо прогинів у внутрішніх вузлах виду:
(30)
де, , - значення залишкових напружень відповідно нормальних уздовж осі X, Y і дотичних у точці ( ); - матриця дискретизації оператора ; - матриця дискретизації похідної; - матриця дискретизації похідної; - матриця дискретизації похідної; - характеристичне значення критичних нормальних напружень; - вектор значень прогинів у внутрішніх точках.
де - матриця виду:
(32)
де - одинична матриця.
Для тестування методики й оцінки похибки були визначені критичні напруження для пластини, стиснутої рівномірно розподіленим навантаженням, прикладеним до двох протилежних крайок по осі Х з такими видами ЗНС:
Всі пластини прийняті розмірами (1х1) м товщиною 0,01 м.
Після визначення характеристичних значень були знайдені значення коефіцієнтів стійкості. Для пластини без залишкових напружень значення коефіцієнта стійкості k=3,973, а його "точне" значення - k=4,0, тобто при 11 точках апроксимації по осях X і Y похибка склала 0,63%.
Для пластини, розтягнутої уздовж осі Y зусиллям 36 МПа, значення коефіцієнта стійкості k=5,964, тобто в 1,491 разу вище, ніж для пластини без залишкових напружень.
Для пластини, попередньо напруженої ЛТВ, значення коефіцієнта стійкості k=7,387, що в 1,847 разу більше, ніж для пластини без залишкових напружень.
Для пластини з наплавленими по контуру зварними швами значення коефіцієнта стійкості k=3,294, тобто в 1,214 разу нижче, ніж для пластини без залишкових напружень. За результатами досліджень зроблено висновок, що наявністю залишкових напружень при розрахунках пластин на стійкість не можна ігнорувати, бо це може призвести до передчасної відмови конструкції.
У четвертому розділі розглядаються питання добору перерізів звичайних і попередньо напружених згинних елементів і методи їхнього розрахунку. Методика компонування перерізів розроблена на основі відомих пропозицій з урахуванням впливу залишкових напружень.
Викладено основні розрахункові передумови і критерії досягнення граничного стану. Розрахунок виконується за деформівною схемою. Переміщення точок нейтральної осі балки залежно від величин кривизни перерізів у цих точках визначаються за рівняннями методу початкових параметрів:
(35)
, (36)
де - переміщення i-ї точки осі елемента; - кривизна i-го перерізу; - кут повороту i-го перерізу; - кількість ділянок, на які розбита довжина .
Таким чином, щоб визначити прогини балки, необхідно знати величини кривизни для всіх перерізів. Величини кривизни перерізів залежать від розподілу згинальних моментів за довжиною балки і розглядається як функція внутрішніх зусиль і деформацій.
Зв'язок між внутрішніми зусиллями і зовнішніми силами встановлюється при розгляді умов рівноваги, тобто де - сума проекцій усіх внутрішніх і зовнішніх сил на поздовжню вісь X; - сума моментів усіх сил щодо нейтральної осі.
Тоді з першої і другої умов записуються рівняння для визначення внутрішніх зусиль у двотавровому перерізі (рис. 6):
(37)
(38)
|
Рис. 6. Схема зусиль, що діють у перерізі згинного елемента |
Невідомі, що входять у ці рівняння, визначаються з використанням передумов про лінійний розподіл деформацій у перерізі та про сталь як пружнопластичний матеріал. Розв'язання задачі визначення залежності “момент-кривизна”згинного елемента в явному вигляді неможливе через наявність більшої кількості невідомих, ніж рівнянь рівноваги, у зв'язку з чим запропоновано такий ітераційний алгоритм. . Задаються вихідними даними: геометричними параметрами балки, технологічними параметрами (), характеристиками міцності і деформативності матеріалів поясів і стінки. |
2. Знаходять розподіл залишкових напружень за формулами (1)-(24).
3. Задаються початковим значенням радіуса кривизни і початковою величиною зміни радіуса кривизни.
4. Задаються початковим значенням фібрової деформації в центрі товщини верхнього (стиснутого) пояса і кроком за деформаціями.
5. Послідовно змінюючи величину фібрової деформації при заданому радіусі кривизни, визначають величину поздовжнього зусилля за формулою (37). Величини, що входять у це рівняння, послідовно уточнюються на підставі гіпотези плоских перерізів. При цьому, у загальному випадку, якщо розраховується рамний стрижень, і - в інших випадках.
. За формулою (38) визначають величину згинального моменту.
7. Змінюють радіус кривизни
(39)
і продовжують розрахунок за пунктами 4-6. Розрахунки виконують доти, доки не буде виконано будь-який із критеріїв вичерпання несучої здатності.
Наведені приклади побудови залежності “момент-кривизна”для зварних балок з різними катетами поясних швів (рис. 7).
|
Рис. 7. Залежності “момент-кривизна”для зварних балок |
Як видно з цього рисунка, при збільшенні величини катета зварного шва залежності стають більш пологими. Величина максимального згинального моменту зменшується майже на 16%. Наведені результати визначення ЗНС попередньо напруженої витяжкою нижнього пояса балки. Попереднє напруження виконувалось шляхом розігрівання нижнього пояса перед зварюванням до розрахункової температури (приблизно 300оС). Було встановлено позитивний вплив такого способу виготовлення конструкцій на розподіл залишкових напружень. Наведена методика розрахунку підсилення згинних елементів. За результатами досліджень зроблені висновки. |
У п'ятому розділі розглядаються питання добору перерізів і розрахунку звичайних і попередньо напружених стиснутих із різноманітними ексцентриситетами елементів двотаврового і складеного з кутиків перерізів (в тому числі і після підсилення) з урахуванням впливу ЗНС. Методики компонування перерізів розроблені на основі відомих пропозицій з урахуванням впливу ЗНС.
Розрахунок виконується за деформівною схемою. На доповнення до викладених в розділі 2 прийняті такі передумови:
(40)
де - модуль вектора силового впливу; - характерне переміщення конструкції;
Форма вигнутої осі може прийматись у вигляді напівхвилі синусоїди (вплив закріплення кінців враховується коефіцієнтом приведення довжини) або описуватись рівняннями методу початкових параметрів [формули (35), (36)].
Умовно-наближене розв'язання базується на понятті кривизни “другого розрахункового перерізу” (за А.В. Геммерлінгом). Вигин елемента визначається за формулою:
(41)
де приведена довжина; кривизна другого розрахункового перерізу.
Вважається, що місцева стійкість поясів і стінки забезпечується. При корозійному зносі, позацентровому прикладенні зусиль тощо необхідно виконати перевірку умов забезпечення місцевої стійкості.
Умовно-точне розв'язання потребує визначення величин кривизни перерізів у всіх точках, на які розбита довжина елемента . Підстановка величин кривизни в рівняння (35) і (36) з одночасним урахуванням граничних умов приводить до визначення прогинів точок вигнутої осі.
Таким чином, загальний алгоритм визначення стійкості стиснутого елемента з урахуванням наявності ЗНС запропонований у такому вигляді.
. Задаються геометричними параметрами елемента, технологічними параметрами, характеристиками міцності і деформативності матеріалів, умовами на кінцях і початковим ексцентриситетом, з яким прикладається навантаження.
. Обчислюють розподіл залишкових напружень у перерізах елементів за методиками, які викладені у другому розділі [формулами (1)-(24) для двотаврів або (25)-(28) для кутиків].
. Задаються радіусом кривизни перерізу , де j-номер етапу розрахунку. Знаходять величину кривизни за формулою
(42)
4. При умовно-наближеному розв'язанні приймають кривизну розрахункового перерізу та обчислюють прогин стрижня за формулою (41).
При умовно-точному розв'язанні задачі приймають кривизни всіх перерізів на першій ітерації розрахунку такими, що змінюються за лінійним законом, і за формулою (35) знаходять прогини точок .
Граничні умови враховуються коефіцієнтом приведення довжини або обмеженнями куту повороту у формулах (35), (36).
. Знаючи кривизну розрахункового перерізу і прогин стрижня, знаходять величину поздовжнього зусилля, використовуючи відомі рівняння рівноваги внутрішніх і зовнішніх сил у перерізі:
. Послідовно уточнюючи параметри НДС розрахункового перерізу, а при умовно-точному розв'язанні - кривизни всіх перерізів, одержують опорну (j) точку залежності (навантаження - прогин).
. Змінюють радіус кривизни найбільше навантаженого перерізу і за формулою (42) знаходять кривизну.
. Виконують обчислення за пунктами 5-6 алгоритму й одержують нове значення опорної (j+1)-ї точки кривої.
9. Порівнюють значення навантаження Р на двох суміжних етапах розрахунку:
- якщо виконують обчислення за п. 7;
- якщо повертаються на попереднє значення радіуса кривизни, змінюють і продовжують обчислення за п. 7.
Розрахунок вважається закінченим після виконання умови
(43)
де - необхідна точність розрахунку.
Подальший розрахунок при збільшенні кривизни дозволяє одержати точки на кривій після втрати стійкості.
На основі загального алгоритму розроблені окремі алгоритми розрахунку для елементів двотаврового та таврового перерізів при дії моменту в площині більшої або меншої жорсткості, в тому числі і при наплавленні валиків на частині довжини.
Для одержання формул, що характеризують зміну величини коефіцієнта поздовжнього вигину залежно від характеристик міцності матеріалу, гнучкості, початкового ексцентриситету, виду і величини зон залишкових розтягувальних напружень, був проведений математичний експеримент. Визначалися ступінь впливу різноманітних чинників, а також область раціонального застосування розробленого аналітичного апарату.
На підставі виконаних розрахунків визначена область раціонального застосування розробленої методики. Було встановлено, що найбільш істотні розбіжності у величинах критичних сил для стиснутих елементів із поясними зварними швами спостерігаються в діапазоні величин гнучкості від 60 до 120, а для елементів із зонами розтягувальних напружень на крайках поясів - для величин гнучкості, що перевищують 40.
Були визначені обсяги математичного експерименту. Усього було розраховано 504 моделі елементів. Отримані дані про величини критичних сил були послідовно апроксимовані методом найменших квадратів. Спочатку була отримана функція, що враховує зміну коефіцієнта поздовжнього вигину за умови відсутності ЗНС. Для інтервалу величин гнучкості і розрахункових опорів сталі мПа ця функція має вигляд:
(44)
де - відповідно відносний опір сталі (розрахунковий опір сталі - приймається в МПа) і відносна гнучкість стиснутого елемента.
Потім були послідовно апроксимовані додаткові складові в рівнянні коефіцієнта поздовжнього вигину, отримані як різниця між відносними величинами несучої здатності при і при [тут - відносні величини зон залишкових розтягувальних напружень на крайках, які виникають унаслідок високотемпературних впливів або в районі поясних швів. Додаткові функції мають вигляд:
- для зон розтягувальних напружень на крайках поясів
(45)
, (46)
де - визначається за формулою (8) або (10);
- для поясних швів
(47)
. (48)
Тоді відносна величина несучої здатності:
(49)
де 0,962- коефіцієнт, який враховує імовірнісний підхід до визначення коефіцієнта поздовжнього вигину; () визначаються, відповідно, за формулою (45) або (47) залежно від виду ЗНС.
Таким чином, вплив ЗНС на стійкість стиснутих двотаврових елементів, що деформуються в площині меншої жорсткості, рекомендується враховувати шляхом множення розрахункового опору сталі на коефіцієнт поздовжнього вигину, визначений за формулою (49).
Наведені результати експериментальних досліджень, основним завданням яких було визначення впливу ЗНС на стійкість стиснутих елементів шляхом проведення порівняльних випробувань. Для розв'язання цієї задачі були виготовлені декілька серій зразків різної форми поперечного перерізу: двотаврові зразки-колони та елементи складеного перерізу з кутиків.
Для досліджень залишкового стану і його впливу на стійкість двотаврових елементів при дії моменту в площині більшої жорсткості були виготовлені і випробувані двотаврові зразки-колони чотирьох серій по три зразки в кожній. Перерізи зразків наведені на рис. 2, а). Матеріал - сталь марок Ст3 (6 штук) і 09Г2С (6 штук). Перша група зразків (К1-1, К1-2, К1х-1, К1х-2) виготовлена без стругання крайок полиць перед зварюванням, друга група (К2-1, К2-2, К2х-1, К2х-2) - із струганням крайок, третя (К3-1, К3-2, К3х-1, К3х-2) - без струганням, але з наплавленням валиків на всіх чотирьох крайках у центральній частині на ділянці довжиною 1,5 м (у маркуванні: х - зразки із сталі 09Г2С). Зразки серії К2 були випробувані з метою визначення ЗНС, інші –на стиск.
Зразки досліджувались із забезпеченням деформування в площині більшої жорсткості, що досягалося випробуванням із ексцентриситетом прикладення навантаження 65 мм у цій площині і використанням спеціальних пристосувань, що зменшують розрахункову довжину в площині меншої жорсткості. Шарнірність закріплення забезпечувалася установкою горизонтально між знімними і незнімними частинами опор сталевих катків діаметром 30 мм.
Дослідження статичним навантаженням при ступінчастому його зростанні виконувалось на гідравлічному пресі ИПС-500. Відліки бралися за відповідною шкалою преса, похибка вимірювання не перевищувала 1% від величини критичного навантаження.
Навантаження виконувалося етапами по 50 кН. Після досягнення етапного навантаження зразок витримувався не менш як 3 хв. Показання прогиноміра записувалися після прикладення етапного навантаження і витримки на етапі.
Збільшення етапного навантаження виконувалося до вичерпання несучої здатності. Інтегральною характеристикою вичерпання несучої здатності було значне зростання прогинів при постійному навантаженні (досягнення максимуму на кривій стану). Вичерпання несучої здатності супроводжувалося просторовою формою втрати стійкості стиснутого пояса по двох хвилях із точкою перегину в місці розташування пристосувань для зменшення розрахункової довжини. При цьому аж до вичерпання несучої здатності стиснутий пояс зберігав плоску форму.
Всі зразки мали залишковий прогин. У зразках із наплавленими на крайках валиками спостерігалася також утрата місцевої стійкості стиснутого пояса в місці, де закінчувалося наплавлення.
За даними виконаних досліджень були побудовані залежності “навантаження-прогин”(“P-f”). Вони наведені на рис. 8-10 порівняно з теоретично визначеними.
Елементи складеного таврового перерізу з кутиків (табл. 1) у межах серії відрізнялися між собою схемами регулювання ЗНС, тобто порядком і довжиною наплавлення валиків. Випробування зразків в межах серії виконувалися із застосуванням однакових опорних пристосувань. Верхня і нижня опори складалися з двох частин: знімних, які встановлювались на торці зразків, і незнімних, які встановлювалися на опорні частини візка і траверси преса. Між знімною і незнімною частинами встановлювався стальний каток (у нижній опорі) і металева кулька (у верхній опорі) для забезпечення шарнірності. Така схема дозволила провести випробування зразків у площині меншої жорсткості з однаковими ексцентриситетами прикладення навантаження. Випробування залежно від гнучкості проводилися на пресах ИПС-500 і ГРМ-100.
Таблиця 1
Експериментальні зразки складеного таврового з кутиків перерізу
|
Серія зразків |
Переріз |
Кількість |
Площа, см |
Довжина, мм |
Гнучкість, |
|
СУ - 1 |
2 50х5 |
3 |
,82= 9,6 |
(1250*) |
|
|
СУ - 2 |
2 63х6 |
4 |
,32= 14,6 |
(1250*) |
|
|
СУ - 3 |
2 50х5 |
4 |
,82 = 9,6 |
(1550*) |
|
|
СУ - 4 |
2 63х6 |
4 |
,32=14,6 |
(1550*) |
Примітка. Позначені * –відстань між осями катка і кульки. Гнучкість зразків визначалася з урахуванням наявності опорних пристроїв.
Навантаження прикладалося етапами приблизно по 0,1РU. Після досягнення етапного навантаження виконувалася витримка не менш як 3 хв. Показання прогиноміра записувалися після прикладення етапного навантаження і витримки.
За отриманими даними були побудовані залежності “навантаження-прогин”(“P-f”), які у порівнянні з теоретично визначеними наведені на рис. 11. У ході експериментальних досліджень установлено негативний вплив ЗСН, які виникають у полицях кутиків у місцях приварювання з'єднувальних пластин. Наведені пропозиції щодо регулювання такого ЗНС.
Рис. 11. Залежності “P-f”для зразків серій СУ-1, СУ-2, СУ-3, СУ-4
На підставі проведених досліджень була обрана схема наплавлення зварних швів для елементів складеного таврового перерізу, при якому підвищення стійкості зразків було найбільшим (рис. 12).
Рис. 12. Рекомендована схема наплавлення валиків для таврового перерізу
Крім елементів складеного таврового перерізу були виконані дослідження зразків із одиночних кутиків і складеного хрестового перерізу.
Надійність запропонованих методів розрахунку перевірялася шляхом співставлення величин несучої здатності для зразків різних перерізів, отриманих експериментально різними авторами (В.С. Гавриш, О.І. Голоднов, В.С. Ігнатьєва, Й.Й. Набоков, Л.П. Шелестенко, Л. Бідл, Х. Кіхара, Х. Луї, Л.Толл, Ю. Фуджита та ін.), з визначеними за результатами розрахунків. Середнє значення відношень розрахункових величин несучої здатності (Pu,t) до експериментально визначених (Pu,m) величин становить для 99 експериментальних зразків, а середньоквадратичне відхилення - Отримані дані свідчать про досить високу надійність методів розрахунку.
На підставі проведених досліджень були зроблені висновки.
У шостому розділі наведені дані про розроблену методологію проектування та виготовлення економічних за витратами матеріалу сталевих конструкцій двотаврового і складеного таврового з кутиків перерізу та практичне використання результатів роботи у таких напрямах.
1. Проектування сталевих конструкцій для нового будівництва.
Розроблена методологія проектування і виготовлення сталевих конструкцій із регульованим ЗНС використана при проектуванні конструкцій ряду об'єктів. Показано можливість заміни більш важких широкополичних профілів на зварні.
Застосування розроблених методів розрахунку і технології регулювання ЗНС шляхом наплавлення валиків дозволяють знизити металомісткість порівняно з типовими рішеннями. Як показали результати розрахунків, економічна ефективність від зниження маси конструкцій у (2-4) рази перевищує збільшення витрат на виготовлення конструкцій.
2. Технологія виготовлення ефективних за витратами матеріалу сталевих конструкцій із регульованим ЗНС шляхом ЛТВ.
Розроблено пропозиції щодо технології виготовлення сталевих конструкцій із регульованим ЗНС шляхом наплавлення валиків. Пропозиції базуються на результатах виконаних досліджень, розроблені для елементів двотаврового і складеного таврового з парних кутиків перерізу та орієнтовані на існуючі технології заводів металоконструкцій. Конструкції виготовляються без істотного ускладнення технологічного процесу, причому регулювання ЗНС виконується після завершення основного циклу виготовлення виробу.
3. Діагностика технічного стану і визначення залишкового ресурсу конструкцій.
Діагностика технічного стану й оцінка залишкового ресурсу передбачає моделювання дійсного стану конструкцій методом СЕ. Застосування ОК типу ЛИРА, SCAD дозволяє визначити зусилля в елементах моделі і прийняти рішення про необхідність підсилення конструкцій.
Як відомо, технічний стан елементів можна класифікувати як нормальний (I), задовільний (II), непридатний до експлуатації (III) або аварійний (IV).
Встановлюються критерії (кількісні і якісні показники) оцінки технічного стану конструкцій (параметри перерізу, механічні характеристики матеріалів, ширина розкриття тріщин, прогини тощо). Зазначені критерії необхідні для порівняння з ними фактичних значень визначуваних параметрів, що одержуються в процесі робіт з оцінки технічного стану конструкцій.
У ході виконання перевірних розрахунків передбачається:
Оцінка технічного стану конструкцій проводиться шляхом зіставлення контрольованих параметрів, визначених у ході проведення обстеження, з відповідними проектними параметрами, а також за результатами перевірних розрахунків.
Мінімально допустимі величини контрольованих параметрів установлюються за результатами розрахунків відомими методами будівельної механіки для визначення несучої здатності за результатами обстеження і порівняння її з максимальним зусиллям , що діє в конструкції:
. (50)
Як параметри приймаються розміри поперечного перерізу і міцність матеріалів як функції часу. Зусилля визначаються за результатами математичного моделювання технічного стану, встановленого за результатами обстеження, у послідовності, викладеній вище.
Перехід нерівності (50) у рівність свідчить про вичерпання несучої здатності конструкції. Подальша експлуатація можлива за умов проведення робіт із підсилення (заміни) або ремонту.
Таким чином, граничний стан для конструкції не досягнуто, якщо для контрольованих параметрів виконуються нерівності:
(51)
, (52)
де - відповідно мінімально допустимий і дійсний розміри (ширина, висота, товщина, діаметр арматури тощо) поперечного перерізу елементів; - відповідно мінімально допустима і дійсна міцність матеріалу.
Граничний стан конструкції за контрольованими параметрами вважається досягнутим, якщо нерівності типу (51), (52) перетворюються в рівності.
Розрахунок залишкового ресурсу виконується в такій послідовності:
; (53)
; (54)
, (55)
де дата початку експлуатації конструкції (після виготовлення, посилення або заміни) або попереднього обстеження, рік; дата виконання обстеження і встановлення змін контрольованих параметрів, рік; несуча здатність, визначена за проектними даними.
Визначення залишкового ресурсу доцільно виконувати на якомога більшій базі (55). Точніше рішення щодо величини залишкового ресурсу може бути отримане за умови наявності результатів регулярних спостережень і визначень контрольованих параметрів і технічного стану.
Якщо нерівність (53) не виконується, елемент знаходиться в непридатному до експлуатації або аварійному стані.
Як приклад використання розробленої методики наведене визначення залишкового ресурсу для зварної колони. Коефіцієнти поздовжнього вигину , несуча здатність за проектними даними і несуча здатність за результатами обстеження визначались за методиками СНиП II-23-81*, СНиП 2.05.03-85* (з урахуванням впливу ЗНС) і за формулами (44)-(49). Було встановлено, що без урахування ЗНС (методика СНиП II-23-81*) залишковий ресурс становить років, з урахуванням ЗНС (методика СНиП 2.05.03-85*) - років, а з урахуванням ЗНС за методикою автора - років. Зроблено висновок про необхідність урахування впливу ЗНС при розрахунках залишкового ресурсу стиснутих конструкцій.
4. Проектування елементів підсилення конструкцій.
Розроблені методи діагностики технічного стану і визначення залишкового ресурсу будівельних конструкцій, а також методи розрахунку використані при проектуванні елементів підсилення конструкцій будівель і споруд, які знаходяться в експлуатації. Була використана комплексна методика оцінки технічного стану, включаючи моделювання з використанням ОК на базі МСЕ. При цьому ефективність застосування традиційних методів посилення конструкцій (посилення стін смугами або балками) підвищена за рахунок включення елементів підсилення в роботу шляхом наплавлення валиків. Методика апробована на ряді об'єктів.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ І ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
У дисертації представлені теоретичне узагальнення й експериментальне обґрунтування рішення актуальної науково-технічної проблеми, що полягає в створенні методології проектування і технології виготовлення економічних сталевих конструкцій двотаврового і складеного таврового з кутиків перерізу на основі врахування впливу залишкових напружень і можливості регулювання ЗНС ЛТВ. Ця проблема має важливе народногосподарське значення, її реалізація вносить значний вклад у науково-технічний прогрес. Комплекс заходів, розроблених у дисертаційній роботі, дає можливість виготовляти економічні за витратами сталі металеві конструкції для об'єктів нового будівництва, а також розробити заходи щодо підсилення конструкцій, що знаходяться в експлуатації.
У результаті виконання комплексу теоретичних, лабораторних і натурних досліджень отримані такі результати.
. Узагальнено результати теоретичних і експериментальних досліджень в області визначення ЗНС в сталевих елементах двотаврового й кутикового перерізів, що виникає після виготовлення, і його впливу на несучу здатність і деформативність. На основі виконаного узагальнення обґрунтована можливість регулювання ЗНС таких конструкцій шляхом ЛТВ з метою оптимізації ЗНС для підвищення несучої здатності.
2. Розроблено інженерні методи розрахункового визначення параметрів ЗНС, що виникає після виготовлення і регулювання ЛТВ, для елементів двотаврового й кутикового перерізів. Методи базуються на традиційно використовуваних для рішення таких задач фізичних гіпотезах і допущеннях. Визначення ЗНС із застосуванням розроблених методів відрізняється простотою порівняно з існуючими точнішими методами, а результати розрахунків якісно і кількісно узгоджуються з експериментальними даними.
Для елементів із кутикових профілів методи визначення ЗНС розроблені вперше.
. Розроблена методика і проведені експериментальні дослідження ЗНС в елементах двотаврового й кутикового перерізів після виготовлення і регулювання ЛТВ. Доведена можливість регулювання ЗНС у стиснутих двотаврових елементах шляхом розігріву всіх чотирьох крайок до температури вище критичної точки АС. Розігрів крайок поясів на величину (25-30) мм сприяв ліквідації залишкових розтягувальних напружень у районі поясних швів.
Установлено, що після наплавлення валиків на крайках поясів виникають ЗРН, що за величиною дорівнюють межі текучості сталі. У порівнянні зі зразками без наплавлення, ЗРН у районі поясних швів зменшуються приблизно в 1,3 разу, а в стінці максимальні величини ЗСН збільшуються приблизно в 2 разу.
Уперше вивчено ЗНС, що виникає в прокатних кутиках після наплавлення валиків на крайках полиць. Установлено закономірності розподілу залишкових напружень у перерізах. Отримані дані про розподіл і величини коерцитивних сил у поличках кутиків до і після наплавлення валиків і зроблений висновок про можливість застосування електромагнітного методу контролю ОНС.
4. Розв’язана задача із визначення критичного навантаження для прямокутних пластин із урахуванням впливу ЗНС і встановлена можливість зниження стійкості в межах 20% за умов наявності ЗСН у пластині після наплавлення зварних швів по контуру.
5. Вивчені закономірності деформування і удосконалені методи розрахунку згинних елементів дозволяють врахувати підвищену (до 20%) деформативність зварних двотаврових балок. Методи базуються на традиційно використовуваних гіпотезах і допущеннях будівельної механіки, які найповніше описують поводження елементів під навантаженням і поширюються на конструкції як для нового будівництва, так і на ті, що знаходяться в експлуатації і потребують підсилення. Загальне рішення справедливе при різних граничних умовах.
Розроблені методи розрахунку елементів підсилення експлуатованих конструкцій дозволяють врахувати позитивний вплив ЗНС після регулювання в частині включення елементів підсилення в роботу.
. Вивчені закономірності деформування і удосконалені методи розрахунку стиснутих сталевих конструкцій двотаврового і складеного таврового з кутиків перерізів з урахуванням впливу ЗНС дозволяють оцінити їхню несучу здатність і деформативність. Методи базуються на традиційно використовуваних гіпотезах і допущеннях будівельної механіки, які найповніше описують поводження елементів під навантаженням. Загальне рішення справедливе при різних граничних умовах.
Розрахунками доведена можливість і обґрунтована необхідність регулювання ЗНС шляхом наплавлення валиків по крайках або прогріву крайок вище критичної точки АС для підвищення несучої здатності стиснутих елементів на (10-37) %. Результати розрахунків добре узгоджуються з даними експериментальних досліджень.
Вперше розроблені методи оцінки несучої здатності і деформативності для елементів з наплавленням валиків по крайках на частині довжини.
Установлено добре узгодження результатів розрахунків з даними експериментальних досліджень. Середнє значення відношень розрахункових величин несучої здатності (Pu,t) до експериментально визначених (Pu,m) для 99 експериментальних зразків різного перерізу з різними видами ЗНС склало а середньоквадратичне відхилення, що свідчить про досить високу надійність розроблених методів розрахунку.
7. Удосконалено методи врахування впливу ЗНС на визначення оптимальних параметрів при компонуванні перерізів звичайних і попередньо напружених зварних двотаврових колон і балок. Підбір перерізів виконується з використанням відомих пропозицій і додаткових передумов, що враховують наявність ЗНС. Методи дозволяють проектувати елементи меншої (до 20%) маси за рахунок раціонального розміщення матеріалу і позитивного впливу ЗНС.
Вивчено ЗНС попередньо напруженої витяжкою нижнього поясу двотаврової балки. Встановлено, що витяжка нижнього поясу випереджаючим розігрівом перед зварюванням поясних швів сприяє не тільки появі залишкового вигину балки, але і вирівнюванню залишкових розтягувальних напружень у нижньому поясі. Результати розрахунків ЗНС добре узгоджуються з даними експериментальних досліджень.
8. На основі проведеного математичного експерименту встановлена область раціонального застосування розроблених методів розрахунку стійкості центрально стиснутих двотаврових елементів при вигині в площині меншої жорсткості. Вплив ЗНС необхідно враховувати при розрахунках елементів зі значеннями гнучкості 60–і межами текучості сталі (205-410) МПа. Для цих діапазонів величин гнучкості і меж текучості сталі вперше встановлені закономірності зміни коефіцієнта поздовжнього вигину і запропоновані формули для його визначення залежно від виду ЗНС.
9. Удосконалені експериментальні методи досліджень дозволили вперше встановити можливість підвищення несучої здатності стиснутих елементів двотаврового і складеного таврового з кутиків перерізу приблизно на (10-30) % за рахунок наплавлення валиків на частині довжини. Розроблена на основі проведених досліджень послідовність наплавлення валиків для елементів складеного таврового з кутиків перерізу дозволяє мінімізувати залишкові викривлення, виключити втрату місцевої стійкості полиць у місцях приварки з'єднувальних пластин і оптимізувати ЗНС для збільшення несучої здатності.
10. Сформульовано вимоги і розроблена технологія виготовлення економічних за витратами матеріалу сталевих конструкцій двотаврового і складеного таврового з кутиків перерізів. Зниження маси конструкцій досягається за рахунок проведення операцій щодо регулювання ЗНС у певній послідовності. Розроблена технологія орієнтована на можливості існуючих цехів і заводів металевих конструкцій.
11. На підставі результатів досліджень, виконаних як особисто автором, так і іншими дослідниками, розроблена методологія проектування і виготовлення сталевих конструкцій двотаврового і складеного таврового з кутиків перерізу з регульованим ЗНС шляхом ЛТВ. Методологія включає виконання розрахунків, проектування конструкцій з регульованим ЗНС і технології їхнього виготовлення.
12. Розроблено методи діагностики, контролю й оцінки технічного стану, а також розрахунку залишкового ресурсу будівельних конструкцій з урахуванням впливу ЗНС. Запропоновані методи ґрунтуються на використанні візуального й інструментального контролю з застосуванням приладів і засобів неруйнівного контролю для оцінки ЗНС.
1. Голоднов А.И., Хвортова М.Ю. Численные исследования сжатых стержней, имеющих поля начальных термических напряжений // Сб. науч. тр. / ДГМИ. –Алчевск: ДГМИ, 1998. –Вып. 8. –С.181-183. (автор розробив методику досліджень і прийняв участь у виконанні розрахунків).
2. Вейнов А.М., Голоднов А.И., Хвортова М.Ю. Структурные превращения, реализующиеся при ЛТВ // Сб. науч. тр. / ДГМИ. –Алчевск: ДГМИ, 1999. –Вып. 9. –С.191-194. (автору належить розроблення методики досліджень).
3. Голоднов А.И. Влияние начального напряженного состояния на величину критической нагрузки для прямоугольных пластин // Сб. науч. тр. / ДГМИ. –Алчевск: ДГМИ, 1999. –Вып. 10.–С.186-189.
4. Голоднов А.И., Филатова Л.Н. К вопросу учета влияния начальных напряжений на параметры компоновки сечений сварных двутавровых балок // Буд. конструкції: Міжвідом. наук.-техн. зб. / НДІБК. –Київ: НДІБК, 2000. –Вип. 52. –С. 65-69. (автор розробив методику визначення впливу ЗНС на параметри компоновки перерізів).
5. Голоднов А.И. К вопросу учета остаточных напряжений в сечениях сжатых двутавровых стержней при их расчетах // Автомат. сварка. - 2001. –№ 5. - С. 8-10.
. Голоднов А.И. К определению несущей способности стержней из сварных двутавров при совместном действии постоянных и ветровых нагрузок // Вісн. Донбас. держ. академії будівництва і архітектури: Зб. наук. праць: Будівельні конструкції, будівлі та споруди –Т. 1. –Вплив вітру на будинки і споруди. –Макіївка: ДонДАБА, 2001. –Вип. 2001-4 (29). –С. 99-101.
7. Голоднов А.И. Применение предварительно напряженных элементов для усиления существующих балок // Буд. конструкції: Міжвідом. наук.-техн. зб. / НДІБК –Київ: НДІБК, 2001. –Вип. 54. –С. 215-220.
8. Голоднов А.И., Филатова Л.Н., Набоков И.И. Принципы компоновки составных двутавровых сечений изгибаемых элементов из сталей различных марок // Соврем. проблемы стр-ва: Ежегод. науч.-техн. сб. / Донецкий ПромстройНИИпроект. –Донецк: ООО “Лебедь”, 2001. –С. 234-239. (автор розробив методику визначення впливу ЗНС на параметри компоновки перерізів).
9. Голоднов А.И., Хвортова М.Ю. Экспериментальные исследования полей остаточных напряжений в составных и прокатных двутаврах // Автомат. сварка. - 2002. –№ 3. - С. 29-31. (автору належить розроблення методики і участь у проведенні досліджень).
10. Голоднов А.И., Полишко С.Н. Повышение несущей способности внецентренно-сжатых стержней из сварных двутавров за счет оптимизации полей остаточных напряжений // Вісн. Придніпр. Держ. академії будівництва та архітектури. –Дніпропетровськ: ПДАБтаА, 2001. - №10. –С. 17- 22. (автору належить розроблення методики підвищення стійкості стиснутих елементів).
11. Голоднов А.И., Полишко С.Н. Методика экспериментальных исследований сжатых стальных стержней, имеющих поля остаточных напряжений // Стр-во. Материаловедение. Машиностроение: Сб. науч. тр. / ПГАСиА. –Днепропетровск: ПГАСА, 2002. –Вып. 18. –С. 43-48. (автору належить участь у розробленні методики експериментальних досліджень).
12. Голоднов А.И., Хвортова М.Ю., Филатова Л.Н. Влияние остаточных технологических напряжений на параметры компоновки сечений сварных двутавров // Конструкции гражданских зданий: Сб. науч. тр. / КиевЗНИИЭП. –Киев: КиевЗНИИЭП, 2001. –С. 189-194. (автору належить участь у розробленні методики визначення параметрів компонування перерізів).
13. Голоднов А.И., Полишко С.Н. Напряженно-деформированное состояние сжатого стержня с учетом влияния полей остаточных напряжений // Вісн. Придніпр. Держ. академії будівництва та архітектури. –Дніпропетровськ: ПДАБтаА, 2002. - № 5. –С. 14- 20. (автору належить розроблення методики визначення впливу ЗНС на стійкість стиснутих елементів).
14. Голоднов А.И., Набоков И.И., Полишко С.Н. Принципы компоновки сечений сжатых стальных двутавровых стержней с учетом влияния остаточных напряжений // Теорет. основи будівництва: Зб. наук. праць - Т. II / Придніпр. Держ. академія будівництва та архітектури і Варш. техн. ун-т. - Варшава: Варш. техн. ун-т, 2002. –Вип. 10. - С. 626- 631. (автору належить розроблення методики визначення впливу ЗНС на параметри компоновки перерізів).
15. Голоднов А.И., Замула А.А. Устойчивость сжатых стержней, имеющих поля остаточных напряжений в сечениях на части длины // Сб. науч. тр. / ДГМИ. –Алчевск: ДГМИ, 2002. –Вып. 15. –С.291-298. (автору належить розроблення методики визначення стійкості при наплавленні валиків на частині довжини).
16. Голоднов А.И. Повышение несущей способности сжатых стальных двутавровых стержней путем предварительного напряжения // Зб. наук. праць Луганського національного аграрного університету. Сер.: Техн. науки. –Луганськ: ЛНАУ, 2002. –С. 171-176.
. Голоднов О.І., Іванов А.П., Козлов С.В. Дослідження напруженого стану в металевих елементах електромагнітним методом // Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів і конструкцій: Зб. наук. праць / Фіз.-мех. ін-т ім. Г.В. Карпенка НАН України. –Львів: Каменяр, 2002. –С. 231-236. (автору належать участь у розробленні методики і проведенні досліджень).
. Голоднов А.И., Хвортова М.Ю. Устойчивость металлических стержней при наличии начальных напряжений // Наук.-практ. пробл. моделювання та прогнозування надзвичайних ситуацій: Зб. наук. статей / КНУБА. –К.: КНУБА, 2002. –Вип. 5. –С. 127-132. (автор брав участь у розробленні методики визначення стійкості стиснутих елементів).
19. Голоднов А.И., Козлов С.В. Определение величин остаточных напряжений в сечениях уголков после термических воздействий на кромках // Соврем. пробл. стр-ва: Ежегод. науч.-техн. сб. - Т. 2. / Донецкий ПромстройНИИпроект. – Донецк: ООО “Лебедь”, 2002. –С. 71-76. (автор брав участь у розробленні методики і проведенні досліджень).
20. Голоднов А.И. О распределении остаточных напряжений в сечениях составных двутавровых стержней // Вісн. Донбаської держ. академії будівництва і архітектури: Зб. наук. праць: Будівельні конструкції, будівлі та споруди. –Макіївка: ДонДАБА, 2002. –Вип. 2002-2 (33). –С. 72-78.
21. Голоднов А.И. Расчет сжатых стальных двутавровых стержней с учетом влияния остаточных напряжений // Буд. конструкції: Міжвідом. наук.-техн. зб. / НДІБК. –Київ: НДІБК, 2002. –Вип. 57. –С. 43 - 49.
22. Голоднов А.И. Особенности усиления строительных конструкций бескаркасных жилых домов послевоенной застройки // Стр-во и техног. безопасность: Сб. науч. тр. –Симферополь: КАПКС, 2002. –Вып. 6. –С. 86-88.
. Голоднов А.И. Использование термических воздействий при усилении строительных конструкций металлическими элементами // Буд. конструкції: Міжвідом. наук.-техн. зб. / НДІБК. –Київ: НДІБК, 2003. –Вип. 58. –С. 14 - 20.
24. Голоднов А.И., Набоков И.И. Несущая способность двутавровых стержней, предварительно напряженных локальными термическими воздействиями // Теорет. основи будівництва: Зб. наук. праць / Придніпр. Держ. академія будівництва та архітектури і Варш. техн. ун-т. –Днепропетровск: ПГАСА, 2003. –Вип. 11. - С. 81- 84. (автору належать результати розрахунків і співставлення з експериментальними даними).
25. Голоднов А.И. Зависимость “момент –кривизна”для сварных двутавровых балок // Соврем. строит. конструкции из металла и древесины: Сб. науч. тр. / Одес. гос. академия стр-ва и архитектуры. –Одесса: ОГАСА, 2003. –С. 55-63.
26. Голоднов А.И. Усиление стен зданий металлическими полосами с использованием термических воздействий // Буд. конструкції: Міжвідом. наук.-техн. зб. / НДІБК. –Київ: НДІБК, 2003. –Вип. 59. –С. 93 - 98.
27. Голоднов А.И., Козлов С.В. Распределение остаточных напряжений в сечениях прокатных уголков при предварительном напряжении локальными термическими воздействиями // Вісн. Придніпр. Держ. академії будівництва та архітектури. –Дніпропетровськ: ПДАБтаА, 2003. № 10-11. - С. 37-41. (автор брав участь у проведенні досліджень і виконав розрахунки).
28. Голоднов А.И., Полишко С.Н. Экспериментальные исследования внецентренно-сжатых сварных двутавровых образцов-колонн // Вісн. Придніпр. Держ. академії будівництва та архітектури. –Дніпропетровськ: ПДАБтаА, 2004. - № 1. - С. 43-50. (автор розробив методику і брав участь у проведенні експериментальних досліджень).
29. Голоднов А.И., Иванов А.П. Определение напряженно- деформированного состояния в металлических конструкциях магнитным методом // Стр-во. Материаловедение. Машиностроение: Сб. науч. тр. / ПГАСиА. –Днепропетровск: ПГАСА, 2004. –Вып. 27, ч. 2. –С. 180 - 184. (автору належать розроблення методики стосовно впливу залишкових напружень).
. Голоднов А.И. Деформирование сжато-изгибаемых элементов сооружений из упругопластических материалов при изменении условий закрепления // Буд. конструкції: Міжвідом. наук.-техн. зб. / НДІБК. –Київ: НДІБК, 2004. –Вип. 60. –С. 627 - 632.
. Голоднов А.И. Моделирование напряженно-деформированного состояния –составная часть работ по продлению ресурса строительных конструкций сооружений // Вісн. Придніпр. Держ. академії будівництва та архітектури. –Дніпропетровськ: ПДАБтаА, 2004. - № 7-8. - С. 34-40.
32. Голоднов А.И. Особенности расчета элементов бескаркасных зданий при развитии неравномерных деформаций основания // Буд. конструкції: Міжвідом. наук.-техн. зб. / НДІБК.–К.: НДІБК, 2004. –Вип. 61. –Т. 1. –С. 270 –.
33. Голоднов А.И. Определение остаточного ресурса железобетонных конструкций в условиях действующих предприятий // Буд. конструкції: Міжвідом. наук.-техн. зб. / НДІБК.–К.: НДІБК, 2005. –Вип. 62. –Т. 2. –С. 138–.
34. Голоднов А.И. Об остаточном ресурсе стальных колонн // Наук. вісн. будівництва / ХДТУБА, ХОТВ АБУ. –Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2005. –Вип. 33. –С. 76-78.
35. Способ усиления металлических колонн двутаврового сечения: А.с. 1523647 СССР, МКИ Е04 С 3/10, Е04 G 23/02 / И.И. Набоков, А.И. Голоднов, А.И. Филатов, В.П. Голоднова (СССР). - № 4252411/31-33; Заявл. 29.05.87; Опубл. 23.11.89, Бюл. № 43. –с.
36. Способ изготовления предварительно напряженной металлической балки: А.с. 1527393 СССР, МКИ Е04 С 3/10 / А.И. Голоднов, Е.П. Лукьяненко, И.И. Набоков (СССР). - № 4299377; Заявл. 18.08.87; Опубл. 07.12.89, Бюл. №45. –с.
Додатковий список робіт, які розкривають зміст дисертації
37. Методические рекомендации по применению облегченных предварительно напряженных сварных двутавров для реконструкции промышленных предприятий / НИИСП Госстроя УССР; Сост. И.И. Набоков, А.И. Голоднов, Е.П. Лукьяненко и др. –К.: НИИСП, 1988. - 45 с. (автор брав участь у розробленні методик розрахунку і виконав розрахунки конструкцій).
38. Голоднов А.И., Набоков И.И., Хвортова М.Ю. Методика определения несущей способности центрально-сжатых стержней, предварительно напряженных ЛТВ // Матер. междунар. науч.-техн. конф. “Новые методы расчета, материалы и технологии в стр-ве (г.Алчевск, 13-16 сентября 1993 года). - Алчевск: ДГМИ, 1993. –С. 85-91. (автор брав участь у розробленні методики розрахунку і виконав розрахунки конструкцій).
39. Голоднов А.И. Строительная механика стержней и пластин, имеющих поля остаточных напряжений. –Алчевск: ДГМИ, 1997. –с.
40. Голоднов А.И., Хвортова М.Ю. Расчет и проектирование элементов металлических конструкций на основе двутавров с заданными полями начальных напряжений: Учеб. пособие. –Алчевск: ДГМИ, 1997. –с. (автор розробив розділи 4, 7, 8, 9, додатки 2, 3, 4; розділи 3, 5, 6, 10 розроблені спільно).
41. Голоднов А.И., Иванов А.П., Пронько А.М. Усиление строительных конструкций средней школы №14, получивших повреждения в результате пожара // Сб. науч. тр. / ДГМИ. –Алчевск: ДГМИ, 1998. –Вып. 7. –С.114-116. (автор брав участь у проведенні обстежень, виконанні розрахунків і розробці проекту підсилення конструкцій).
42. Козлов С.В., Голоднов А.И. Экспериментальное определение ширины зоны остаточных растягивающих напряжений при наплавке сварных швов на кромках полок уголков // Сб. науч. тр. / ДГМИ. –Алчевск: ДГМИ, 2002. –Вып. 15. - С.310-316. (автор розробив методику і брав участь у проведенні досліджень).
43. Голоднов А.И. Учет влияния остаточных напряжений при расчетах центрально-сжатых стальных двутавровых стержней // Соврем. пробл. совершенствования и развития металлических, деревянных, пластмассовых конструкций в стр-ве и на транспорте: Сб. науч. тр. –Самара: СамГАСА, 2002. –С. 68-74.
44. Иванов А.П., Голоднов А.И. Комплексная методика определения свойств металла в эксплуатируемых конструкциях // Соврем. пробл. совершенствования и развития металлических, деревянных, пластмассовых конструкций в стр-ве и на транспорте: Сб. науч. тр. –Самара: СамГАСА, 2002. –С. 36-39. (автору належать розроблення методики досліджень стосовно впливу ЗНС).
45. Голоднов А.И. Устойчивость металлических стержней двутаврового сечения при изгибе в плоскости минимальной жесткости // Буд. конструкції: Міжвідом. наук.-техн. зб. / НДІБК. –Київ: НДІБК, 2002. –Вип. 57. –С. 50 - 56.
46. Голоднов А.И. Повышение устойчивости эксплуатируемых колонн за счет оптимизации полей остаточных напряжений // Захист від корозії і моніторинг залишк. ресурсу промисл. будівель, споруд та інж. мереж: Матер. міжнар. конф. –Донецьк: УАМК, 2003. –С. 325 –.
47. Голоднов А.И., Пронько А.М., Иванов А.П. Опыт повторного применения металлических конструкций при реконструкции зданий // Захист від корозії і моніторинг залишк. ресурсу промисл. будівель, споруд та інж. мереж: Матер. міжнар. конф. –Донецьк: УАМК, 2003. –С. 336 –43. (автору належить розробка концепції освідчення конструкцій для повторного використання, участь у розробці проектів повторного використання конструкцій).
48. Голоднов А.И, Козлов С.В., Иванов А.П. Влияние остаточного, после локальных термических воздействий, напряженно-деформированного состояния на устойчивость стержней из одиночных уголков // Наук. вісн. будівництва / ХДТУБА, ХОТВ АБУ. –Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2003. –Вип. 23. –С. 51-55. (автор брав участь у розробленні методики і проведенні експериментальних досліджень).
49. Голоднов А.И. К расчету сжатых сварных двутавровых колонн // Междунар. конф. “Соврем. пробл. сварки и ресурса конструкций”: Сб. тез. стендовых докл. –К.: ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины, 2003. –С. 98 - 99.
50. Голоднов А.И. О необходимости учета остаточных напряжений при проектировании металлических конструкций // Метал. конструкции: взгляд в прошлое и будущее: Сб. докл. VIII Укр. науч.-техн. конф. –Ч. 1. –К.: Изд-во “Сталь”, 2004. –С. 314 - 323.
51. Козлов С.В., Иванов А.П., Голоднов А.И. Экспериментальные исследования сжатых элементов из уголков после наплавки сварных швов // Метал. конструкции: взгляд в прошлое и будущее: Сб. докл. VIII Укр. науч.-техн. конф. –Ч. 1. –К.: Изд-во “Сталь”, 2004. –С. 554 - 560. (автор брав участь у розробленні методики і проведенні експериментальних досліджень).
. Полишко С.Н., Иванов А.П., Голоднов А.И. Экспериментальные исследования внецентренно-сжатых стальных колонн // Метал. конструкции: взгляд в прошлое и будущее: Сб. докл. VIII Укр. науч.-техн. конф. –Ч. 1. –К.: Изд-во “Сталь”, 2004. –С. 618 - 623. (автор брав участь у розробленні методики і проведенні експериментальних досліджень).
АНОТАЦІЯ
Голоднов О.І. Граничний стан сталевих колон і балок при наявності залишкових напружень. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Придніпровська державна академія будівництва і архітектури. Дніпропетровськ, 2005.
Дисертацію присвячено вирішенню проблеми визначення залишкового напружено-деформованого стану, що виникає після виготовлення конструкцій, та його впливу на несучу здатність і деформативність сталевих колон і балок. Із застосуванням розроблених методів розрахунку залишкового стану та його впливу на несучу здатність і деформативність конструкцій визначена область раціонального застосування. Розроблені методики і проведені експериментальні дослідження стискуваних і згинних елементів різної форми перерізу дозволили перевірити основні положення методів розрахунку.
На основі проведених досліджень розроблена методологія проектування і виготовлення конструкцій з регульованим залишковим напруженим станом для підвищення стійкості стискуваних елементів як для тих, що проектуються, так і тих, що експлуатуються.
Ключові слова: сталеві колони і балки, залишкові напруження, розподіл за перерізом, регулювання залишкового напруженого стану, граничний стан.
АННОТАЦИЯ
Голоднов А.И. Предельное состояние стальных колонн и балок при наличии остаточных напряжений. Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения. - Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры. Днепропетровск, 2005.
Целью работы является теоретическое обобщение и экспериментальное обоснование методов определения остаточного напряженного состояния в элементах стальных конструкций и учета его влияния при расчетах колонн и балок, необходимости регулирования остаточного напряженного состояния путем локальных термических воздействий, а также разработка методологии проектирования и изготовления экономичных по расходу металла конструкций с регулируемым остаточным напряженным состоянием.
Усовершенствованы расчетные методы определения остаточного напряженного состояния, возникающего в элементах двутаврового и уголкового сечений после изготовления и регулирования локальными термическими воздействиями.
Разработана методика и получены экспериментальные данные о распределении остаточных напряжений в элементах двутаврового и уголкового сечения после регулирования локальными термическими воздействиями путем наплавки сварных швов или прогрева кромок полок до температуры выше критической точки Ас3,а также влияния ОНС на устойчивость сжатых элементов двутаврового и составного таврового из уголков сечения.
Усовершенствованы методы расчета стальных колонн и балок двутаврового сечения, как обычных, так и предварительно напряженных. Сформулированы предпосылки и допущения, критерии перехода в предельное состояние. Показано, что неучет влияния остаточных напряжений, возникающих после сварки поясных швов, приводит к существенной недооценке несущей способности и деформативности.
Результаты исследований положены в основу созданной методологии проектирования и изготовления конструкций с регулируемым ОНС и использованы при проведении работ по диагностике и расчету остаточного ресурса конструкций, проектировании объектов нового строительства и разработке проектов усиления эксплуатируемых конструкций.
Ключевые слова: стальные колонны и балки, остаточные напряжения, распределение по сечению, регулирование остаточного напряженного состояния, предельное состояние.
SUMMARY
Golodnov А.I. Limit state of steel columns and beams at presence of residual stress. - Manuscript.
The dissertation on competition of a scientific degree of Doctor Technical Sciences on a specialty 05.23.01 - building structures, buildings and constructions. - Pridneprovskaja state academy of civil engineering and architecture. Dnepropetrovsk, 2005.
The dissertation is devoted to the decision of a problem of definition of the residual deflected mode, which arises after structure production, and estimation of it influence on both bearing capacity and deformability of steel columns and beams. Area of rational application is definited with application of the developed design procedures of a residual condition and it influence on both bearing capacity and deformability of structures. The developed procedures and carried out experimental researches of the compressed and bent elements of the various form of cross section have allowed to check up the basic regulations of techniques of calculation procedures.
Project and production methodology for structures with regulated residual stressed state for increase of durability of the compressed and bent elements as ones are projecting, and ones are operating is developed on the basis of the carried out researches.
Key words: steel columns and beams, residual stress, distribution on section, regulation of a residual stress state, limit state.