CC BY
31
Влияние погиба равнополочного уголка на несущую способность
конструкций покрытия
Ю.С. Вильгельм, К.Н. Сухина, М.Е. Дубовский, Е.А. Слышкина
В.Н. Власов, К.А. Сухин Волгоградский государственный технический университет
Аннотация: Проанализирована зависимость влияния величины погиба на напряженно -деформированное состояние несущих конструкций покрытия. На основании полученных результатов определен максимальный угол погиба металлических уголков, снижающих несущую способность ферм.
Ключевые слова: стропильная ферма, погиб, напряженно-деформированное состояние, момент инерции, радиус инерции, центр тяжести.
В настоящее время стальные фермы имеют достаточно широкое распространение во многих областях строительства: покрытия и перекрытия промышленных и гражданских зданий, мосты, транспортные эстакады, объекты связи и т.д. Фермы из металлического профиля более экономичны по расходу материала и являются более эффективными, по сравнению с балочными конструкциями. Фермы могут иметь самую разнообразную конструкцию в зависимости от назначения и действующих на них нагрузок [1,2].
В виду ошибок в ходе проектирования, изготовления и монтажа, нарушений правил технической эксплуатации в конструкциях появляются отклонения от проектных размеров, формы и качества. Возникающие при этом дефекты и повреждения отрицательно сказываются на работе конструкции, а также значительно снижают параметры надежности и долговечности.
К наиболее частым дефектам и повреждениям стропильных ферм относятся [3]:
- искривления и местные погибы элементов;
- отклонение ферм от вертикальной плоскости;
- расстройство болтовых соединений в опорных узлах;
- погибы фасонок;
- трещины в фасонках;
- низкое качество сварки.
В данной статье рассматривается ферма, основные элементы которой состоят из парных уголков.
Рис.1. - Общий вид рассматриваемой фермы
В качестве основного повреждения был принят местный погиб элемента верхнего пояса фермы. Местные погибы возникают при ударных воздействиях и креплении тросов для подвески грузов [3, 4]. Если в растянутых элементах эти повреждения не представляют существенной опасности, то в сжатых они могут привести к преждевременной потере устойчивости и, таким образом, снижают надежность конструкций.
На основании выполненных расчетов проведен сравнительный анализ влияния погиба уголков на несущую способность сжатого элемента. С помощью программного комплекса LIRA SAPR была выполнена проверка сечений стержней по первой и второй группе предельных состояний и по местной устойчивости, определены усилия в стержнях. Согласно выбранному диапазону повреждений первым этапом были определены геометрические характеристики спаренных уголков: центр тяжести, моменты инерции, радиусы инерции. Изменение основных характеристик в зависимости от степени повреждения были определены с применением программного комплекса MathCAD. Результаты расчета представлены в таблице №1 и проиллюстрированы на рисунках 2-6.
Таблица №1
Несущая способность при различных углах погиба уголка
№ п/п а Хс, мм Ус, мм т 4 1хс, мм 4 1ус, мм 1хс, мм 1ус, мм кН
1 0° 0 0 9314400 18286600 43,4 60,8 985,7
2 5° -0,065 2,181 8917790 18863600 42,471 61,769 967,7
3 10° -0,256 3,623 8572050 19054300 41,639 62,081 951,1
4 20° -1,013 6,429 8159990 18894000 40,626 61,819 930
5 30° -2,247 9,056 8087990 17970300 40,447 60,289 926,1
Рис. 2. - Схема погиба уголка
30 10 а ти
2../ \
ю* -А 5"
4 5 г -4— А
Рис. 3. - График изменения центра тяжести сечения от погиба уголка
:
2.0Е+07 1.9Е+07 1.8Е+07 1.7Е+07 1.6Е+07 1.5Е+07 1.4Е+07 1.3Е+07 1.2Е+07 1.1Е+07 1.0Е+07 9.0Е+06 8.0Е+06
1.89Е+07 1.91Е+07 1.89Е+07 ^ 1 ЙЭР+П7
1.80Е+07
9.31Е+06 8.92Е+06 8.57Е+06 ►---—8.16
: +06 Я пас+пй
10
20
30
а
■1х
■IV
Рис. 4. - График зависимости моментов инерции сечения от погиба уголка
___•---' с-- »-
•---\ \ /
50'8 61,769 62,081 61 819 60,289
42,471
чэ, ч 41,639 ________у 40,626 40'447
0 10 20 30
а
-•—¡х —•—¡у
Рис. 5. - График зависимости радиусов инерции сечения от погиба уголка
990
923,1
920
0
10
20
30
а
Рис. 6. - График зависимости устойчивости элемента фермы от погиба
По полученным результатам видно, что при увеличении угла погиба уголка от 0° до 30° несущая способность элемента фермы уменьшается. Причиной этому является изменение формы сечения при погибе уголка, приводящее к смещению центра тяжести данного сечения, что, в свою очередь, влияет на моменты инерции, радиусы инерции, гибкость, коэффициент продольного изгиба и, в конечном итоге, приводит к уменьшению несущей способности.
1. Беленя Е.И., Балдин В.А., Ведеников Г.С. и др. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1986. 317 с.
2. Марахина О.Ю., Кузьмин Д.А. Некоторые особенности проектирования стропильных ферм из парных уголков // Научный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ". 2017. №3(55). С. 138-144.
3. Кикин А.И., Васильев А. А., Кошутин Б.Н. и др. Повышение долговечности металлических конструкций промышленных зданий. М.: Стройиздат, 1984. 120 с.
уголка
Литература
4. Горев В.В., Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы конструкций: Учеб. для строит. вузов. М: Высш. шк, 2004. с. 445-453
5. Сухина К.Н., Пшеничкина В.А. Вероятностный анализ ресурса конструкций покрытия промышленного здания с учетом случайного характера снеговой нагрузки // Инженерный вестник Дона. 2015. №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3397/.
6. Голубова Т.А., Кадомцев М.И., Шатилов Ю.Ю. Локализация повреждений металлических ферменных конструкций при помощи вибрационных методов // Инженерный вестник Дона. 2013. №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2169/.
7. Муханов К.К. Металлические конструкции. Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1978. 309 с.
8. Сахновский М.М., Жемчужников Г.В., Динельт Ю.Б. и др. Металлические конструкции (техническая эксплуатация). Киев, «Будiвельник», 1976. 121 с.
9. Raizer V.D. Theory of Reliability in Structural Desing. - Journal of Applied Mechanics Reviews, USA, 2004. - Vol.57. - Nol. - pp. 1-21.
10. Raizer V.D. Reliability of Structures. Analysis and Applications, Backbone Publishing Company. - New York, USA, 2009. - 146 p.
References
1. Belenya E.I., Baldin V.A., Vedenikov G.S. i dr. Metallicheskie konstruktsii. Obshchiy kurs: Uchebnik dlya vuzov. [Metal constructions. General course: Textbook for high schools]. M.: Stroyizdat, 1986. 317 р.
2. Marakhina O.Y., Kuz'min D.A. The Russian Automobile and Highway Industry Journal (In Russ). 2017. №3 (55). рр. 138-144.
3. Kikin A.I., Vasil'ev A.A., Koshutin B.N. i dr. Povyshenie dolgovechnosti metallicheskikh konstruktsiy promyshlennykh zdaniy. [Increased durability of metal structures of industrial buildings]. M.: Stroyizdat, 1984. 120 р.
4. Gorev V.V., B.Yu. Uvarov, V.V. Filippov i dr. Metallicheskie konstruktsii. V 3 t. T. 1. Elementy konstruktsiy: Ucheb. dlya stroit. vuzov. [Metal structures. Volume 1. Elements of constructions]. M: Vyssh. shk., 2004. Pp. 445453.
5. Suhina K.N., Pshenichkina V.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2015. №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3397/.
6. Golubova T.A., Kadomtsev M.I., Shatilov Yu.Yu. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013. №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2169/.
7. Mukhanov K.K. Metallicheskie konstruktsii. Uchebnik dlya vuzov. [Metal constructions. Textbook for universities]. M.: Stroyizdat, 1978. 309 р.
8. Sakhnovskiy M.M., Zhemchuzhnikov G.V., Dinel't Yu.B. i dr. Metallicheskie konstruktsii (tekhnicheskaya ekspluatatsiya). [Metal constructions (technical operation)]. Kiev, «Budivel'nik», 1976. 121 р.
9. Raizer V.D. Journal of Applied Mechanics Reviews, USA, 2004. Vol.57. Nol. pp 1-21.
10. Raizer V.D. [Reliability of Structures. Analysis and Applications, Backbone Publishing Company]. New York, USA, 2009. 146 p.
