Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Несущая способность и деформативность податливых узловых сопряжений стальных перекрестных балок

Диссертация: Несущая способность и деформативность податливых узловых сопряжений стальных перекрестных балок
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В результате проведенных исследований выявлено, что при отношении площадей сечений (к) соединительных элементов, расположенных по полкам, к площади сечений полок соединяемых второстепенных балок к=1 наблюдается снижение жесткости, а при отношении, равном к=1.5, снижение жесткости от развития пластических деформаций не наблюдалось вплоть до разрушения. Конструкция сварного узла принята на основе… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования
    • 1. 1. Особенности работы стальных каркасов
    • 1. 2. Обзор экспериментально-теоретических исследований работы узлов
    • 1. 3. Цели и задачи исследования
  • 2. Экспериментальные исследования натурных узлов перекрестных балок
    • 2. 1. Задачи и методика экспериментальных исследований
    • 2. 2. Результаты экспериментальных исследований
  • Выводы по главе
  • 3. Теоретические исследования узлов перекрестных балок
    • 3. 1. Задачи и методика исследований
    • 3. 2. Численные исследования работы узловых сопряжений перекрестных балок
    • 3. 3. Определение коэффициентов защемления методом сил
    • 3. 4. Определение влияния нормальной силы на жесткость сопряжения перекрестных балок
    • 3. 5. Инженерная методика определения жесткости узлов
  • Выводы по главе
  • 4. Рекомендации по проектированию сопряжений перекрестных балок
    • 4. 1. Рекомендации по расчету и конструированию узлов перекрестных балок
    • 4. 2. Экспериментальное проектирование покрытия из перекрестных балок
  • Выводы по главе

Несущая способность и деформативность податливых узловых сопряжений стальных перекрестных балок (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

Очевидно, что одним из основных факторов, влияющих на надёжность строительных конструкций, является точность расчёта [5]. Экономическая эффективность и надёжность стальных каркасов могут быть повышены путем совершенствования методики расчёта.

На практике часто возникает проблема адекватности расчёта жестких узлов. В большинстве случаев это связано с отсутствием достаточной информации по их фактическому напряжённому состоянию.

Особенности конструктивной схемы жестких узлов перекрестных балок таковы, что вовлечение отдельных областей в зону пластических деформаций начинается на сравнительно низких уровнях нагружения. Причем при проектировании таких узлов не рассматривается влияние упруго-пластической работы части элементов узла на деформации и перераспределение усилий в каркасе.

В настоящий момент методика проектирования каркасов такова, что статический расчёт рассматривается в отрыве от принимаемой конструктивной схемы узла. Это может приводить к ошибочным результатам.

Объектом исследования является сварной узел сопряжения перекрестных балок, широко применяемый в каркасах многоэтажных производственных и гражданских зданий.

Конструкция сварного узла принята на основе обзора отечественных и зарубежных конструктивных решений металлических каркасов и технологии устройства перекрытий и покрытий. Исследуемый узел типичен в практике стальных каркасов и образуется сопряжением одной главной и двух второстепенных балок двутаврового профиля.

Теоретическое исследование напряжений в зонах узловых соединений методами теории упругости достаточно затруднительно. Это вызвано разнообразием конструкций узлов, которые отличаются: типом профиля, •жёсткостью, особенностями сопряжения, а также геометрической формой элементов.

Целью диссертационной работы является разработка инженерной методики расчета жесткости и рекомендаций по проектированию узловых сопряжений перекрестных балок на основе экспериментально-теоретических исследований их напряженно-деформированного состояния.

Научную новизну работы составляют: результаты экспериментальных исследований действительной работы натурных сварных узловых сопряжений перекрестных балок при действии статической нагрузкирезультаты численных исследований напряженно-деформированного состояния перекрестных балок со сварными узловыми сопряжениями методом конечных элементовинженерная методика расчета жесткости сварных соединений перекрестных балокрезультаты экспериментального проектирования.

Практическое значение и реализация. Результаты экспериментально-теоретических исследований использованы при разработке проектов по следующим объектам:

1. стальной каркас здания по объекту: «Ковровый цех» расположенный по адресу: Московская область, Подольский район, с. Кленово, шифр — 01-ГЕ/04;

2. стальные каркасы комплекса зданий по объекту: «Комплекс зданий по производству блоков и плит из автоклавного ячеистого бетона мощностью 357 700 м3 в год» по адресу: Калужская область, Малоярославецкий район, промзона д. Маклиношифр -13/ПР/07;

3. стальные каркасы комплекса зданий по объекту: «Производственно-складской комплекс» по адресу: Московская область, г. Чехов, ул. Угловая 2- шифр — 09/ПР/07.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на четвертой международной конференции «Металлостроительная индустрия XXI: мировой опыт и возможности для России (12 ноября 2008 г.)» и опубликованы в статьях:

1. Коржов О. В. Разработка методики оценки жесткости перекрестных узловых сопряжений двутавровых балок // Строительная механика и расчет сооружений. — 2008 — № 5, с. 33−37.

2. Ведяков И. И., Коржов О. В., Цетлин Б. С., Прилуцкий О. Г. Исследования действительной работы сварных сопряжений перекрестных балок с различными узловыми деталями // Промышленное и гражданское строительство. — 2009 — № 6, с. 20−23.

3. Коржов О. В. Работа узловых сопряжений перекрестных балок // Сборник материалов III международной выставки-Интернет-конференции «Энергообеспечение и строительство» — 2009 — часть 1, с. 218−223.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и библиографического списка, включающего 62 источника. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 109 рисунков, 14 таблиц.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.

1. Выполнено исследование четырех типов узловых сопряжений перекрестных двутавровых балок.

Первый тип включает фрагменты перекрытий, сопряжения полок которых выполнены с использованием треугольных пластин, четыре по верхним и четыре по нижним полкам, стенки объединены прямоугольными пластинами. Все балки выполнены из двутаврового профиля 25Б1.

Второй тип объединяет фрагменты перекрытий, сопряжения которых выполнены с использованием гнутого швеллера. Благодаря фигурной резке стенки швеллера получен Г-образный элемент, который одновременно объединяет верхние пояса и стенки главной и второстепенной балок. По нижним поясам предусмотрена общая накладка. Балки выполнены из двутаврового профиля 25Б1.

Третий тип — это слияние двух первых типов. Объединение верхних полок и стенок второстепенных и главных балок выполнено по первому типу. Объединение нижних полок выполнено по второму типу. Балки выполнены из двутаврового профиля 20Б1.

Четвертый тип включает фрагменты перекрытий, в которые входят сопряжения разновысоких балок с устройством опорного столика на главной балке. Верхние полки и стенки балок объединены по первому типу. Главная балка выполнена из двутаврового профиля 20Б1, второстепенные — из 12Б1.

2. В результате испытаний натурных образцов получена картина напряженно-деформированного состояния и разрушения сварных податливых соединений второстепенных балок с главными в одном уровне. Деформированное состояние соединительных элементов характеризуется, главным образом, изгибом и удлинением или укорочением соединительных пластин по полкам балок. Переход металла соединительных элементов в упругопластическую стадию отмечен при нагрузке 0.5.0.65Рэтах., где Рэтах-разрушающая (предельная) нагрузка (несущая способность узла).

3. Одним из основных факторов, влияющих на несущую способность узловых сопряжений перекрестных балок, помимо места приложения нагрузки, сечения и пролета балок, является тип соединительных элементов.

Результаты испытаний показали, что узловые сопряжения второго типа являются более мощными по сравнению с первым типом.

4. Численные исследования узлов методом конечных элементов позволили получить полную картину напряженно-деформированного состояния-соединительных элементов и балок. Разница между данными экспериментальных и численных исследований не превышала 20%.

5. Результаты испытаний и теоретических исследований показали, что развитие пластических деформаций снижает жесткость сопряжения второстепенных балок в диапазоне один — три раза.

6. В результате проведенных исследований выявлено, что при отношении площадей сечений (к) соединительных элементов, расположенных по полкам, к площади сечений полок соединяемых второстепенных балок к=1 наблюдается снижение жесткости, а при отношении, равном к=1.5, снижение жесткости от развития пластических деформаций не наблюдалось вплоть до разрушения.

7. В результате экспериментального проектирования покрытия из перекрестных двутавровых балок с учетом жесткости узлов установлено, что при конструировании узлов балок с к=1 момент в главных балках увеличивается на 17% по сравнению с абсолютно жестким сопряжением, а при к=1.5 — на 6%.

8. В результате численного исследования узлов сделан вывод, что если величина нормальной силы (действующей вдоль второстепенных балок) меньше 10% от предельной нормальной силы, то её можно не учитывать при расчете жесткости узлов.

9. Предложена методика инженерного расчета жесткости узлов перекрестных двутавровых балок. Разработанные на её основе рекомендации по расчету и конструированию сварных узлов перекрестных балок используются в практике проектирования компанией ООО «Градтех» .

Показать весь текст

Список литературы

  1. H.H. Испытание сооружений // Издание второе исправленное и дополненое- Л.-М.: Госстройиздат 1960. 315 с.
  2. Ф. Стальные сооружения. Том I. — Л.- М.: Госстройиздат, 1938.-638 с.
  3. Г. С., Андреев В. И., Атаров Н. М., Горшков A.A. Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности. -М.: Издательство АСВ, 1995. 568 с.
  4. ГОСТ 16 350–80. Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей.
  5. ГОСТ 27 751–88. Надежность строительных конструкций и оснований // Основные положения по расчету. — М.: Издательство стандартов, 1988. с 8.
  6. Г. Б. Шевченко В.Н., Борисенко B.C. О критерии нелинейности при решении нелинейных задач механики шаговым методом // ЭВМ в исследованиях и проектировании объектов строительства. Киев: 1979.-С. 3−10.
  7. Г. Б. Шевченко В.Н. Автоматизация выбора шага при решении физически нелинейных задач механики шаговым методом //Автоматизация проектирования объектов гражданского строительства. — Киев: 1982.-С. 23−33.
  8. Н. Н., Бурмистрова А. Г. К анализу расчетных схем и основных методов расчета перекрестных балок. Строительная механика и расчет сооружений. Выпуск № 2 1989.
  9. В.Н., Предпосылки к проектированию сварных пролетных строений, Сборник «Сварка в машиностроении».
  10. JI.И., Исследование работы металлических рам в упруго-пластической стадии. Расчет металлических конструкций с учетом пластических деформаций: Сб. статей ЦНИПС. М., — Л.: Госстройиздат, 1938.-С. 79−159.
  11. Е.О. Опытное исследование прикрепления сварных и клепаных балок.
  12. Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II-23−81* «Стальные конструкции"/ ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. -М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. -148 с.
  13. СНиП 2.01.07−85*. Нагрузки и воздействия. Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. -36 с.
  14. СНиП Н-23−81*. Стальные конструкции. Госстрой СССР. —М.: ЦИТП Госстрой СССР, 1991. 96 с.
  15. СНиП 2.03−11−85. Защита строительных конструкций от коррозии. Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. — 46с.
  16. СП 53−102−2004. Общие правила проектирования стальных конструкций. -М.: 2005. 132 с.
  17. Н. С. Курс металлических конструкций/ часть 1 /Глава XI. Балки/§- 9. Сопряжение балок/ Л.- М.: Госстройиздат. 1940 г. 844 с
  18. П. Н. Промышленные этажерки. М.: Стройиздат, 1965, — 172 с.
  19. П. Н. Исследование и совершенствование конструктивных форм узлов металлических каркасов многоэтажных зданий: Дисс. на соискание ученой степени к.т.н. -М., 1973 -235 с.
  20. B.C. Экспериментально-теоретическое исследование упругопластической работы стальных неразрезных балок. Расчет металлических конструкций с учетом пластических деформаций: Сб. статей ЦНИИПС. -М.: Госстройиздат, 1938. С.7−79.
  21. Шапиро. Работа узлов стального каркаса, Сборник „Стальные каркасы многоэтажных зданий“, 1939 г.
  22. Ackroyd Gerstle К. Strength of flexibly connected steel frames. Engineering Structures, 1983, № 5, p. 31−37.
  23. Aggarwal A.K., Coares R.C. Moment-rotation characteristics of bolted beam-column connections. Journal of construction steel research. 1986, V. 6, № 4, pp. 303−318.
  24. Augustyn J., Kozlowski A. Teoretyczno-doswiadczalna analiza sztywnosci i nosnosci wezla spawanego. Inzynieria i Budownictwo. 1987, № 5, pp. 150−153.
  25. Birkemoe P.C., Gilmor M.I. Behaviour of bearing critical double-angle beam Connections. Engineering Journal. AISC. 1978, V.15, № 4, pp. 109−114.
  26. Chen W.F. Special issue on joint flexibility in steel frames. Journal of constructional steel research, 1987, V.8, № 3, pp.12−25.
  27. Chen W. F- Goto Y.: Liew J. Y. R Stability design, of semi-rigid frames. John Wiley & Sons. 1996 r. 468 p.
  28. Cosenza E., DeLuca A., Faella C., Inelastic buckling of semi-rigid sway frames, Structural connections: stability and strength, London, Elsevier Applied Science, 1989.
  29. Eurocode 3. Design of Steel Structures. Part 1.8: Design of joints prEN 1993−1-8−2003.
  30. Eurocode 3. Design of steel structures. Part 1.1: General Rules and Rules for Buildings, European Prestandard ENV 1993−1-1:1992, CEN Brussels, Belgium.
  31. Faella C.- Piluso V.- Rizzano G. Structural steel semi-rigid connections: theory, design and software. Boca Raton: CRC Press LLC. 2000. 494 p.
  32. Gerfontaine F.- Jaspart J. P. Analytical study of the interaction between bending and axial force in bolted joints. Eurosteel Coimbra, 2002. p, 997−1006.
  33. Hasan R.- Kishi N.- Chen W.-F. A new nonlinear connections classification system. Journal of Constructional Steel Research, 1998, Vol 47, p. 119.140.
  34. Home M.R. Discussion of Theory of Inelastic Bending with Reference to Limit Design. Trans. Amer. Soc. Civ. Engrs. 1948. -№ 113, № 250.
  35. Hrennikoff A. Theory of inelastic bending with reference to limit design. Trans. Amer. Soc. Civ. Engrs. 1948. — № 113, № 213.
  36. Jaspart J. P.- Weynand, K. Extension of the component method to joints in tubular construction. In: Proceedings of the Ninth international Symposium and Euroconference on tubular structures. Dusseldorf, 2001, p. 517−523.
  37. Lipson S.L. Single-Angle Welded-Bolted Connection. Journal of the Structural Division. 1977, V. 103, №ST3 March, pp. 102−135.
  38. Lyse and Gibson. Welded beam column connections „Am. Weld Soc. Journal“, № 10 Hi. 1936.
  39. Moncarz P.D. Gerstle K.H. Steel Frames with Non-Linear Connections. Journal of the Structural Engineering Division, ASCE, 1981, V.107, № ST8, pp. 101−110.
  40. Morris G.A., Packer J.A. Beam-to-column connections in steel frames. Canadian Journal of Civil Engineering, 1987, V.14, № 1, pp. 68−76.
  41. Revised Annex J of Eurocode 3. Joints in building frames, European Prestandard ENV 1993−1-1 :1992/A2:199S, CEN Brussels, Belgium.
  42. Richard R.M., Kreigh J.D., Hormby D.E. Design of single plate framing connections with A307 bolts. Engineering Journal. 1982, V. 19, № 4. pp. 209−213.
  43. Richard R. M., Kreigh J. D., Hormby D.E. Design of single plate framing connections with A307 bolts. Engineering Journal. 1982. V. 19. — № 4. -pp. 209−213.
  44. Rothbun, Elastic properties of riveted Connection, Trans. ASCE, 1936, далее „Proc. Am. Soc. Civ. Eng.“ № 1, 1935.
  45. Schreiner N. G., The behavior of Fillet Welds, when subjected to bending Stresses, „Am. Journal of W.Societ.“ № 9, 1935.
  46. Second Repport of the Steel Struct. Researche Commirree, London 1934.
  47. Sokol Z.- Wald. F.- Delabren V.- Muzeau J. P.- Svarc M. Design of end plate joints subject to moment and normal force. Eurosteel Coimbra, 2002, p. 1219−1228.
  48. Stelmack T.W., Marley M.J., Gerstle K.H. Analysis and tests of flexibly connected steel frames. Journal of Structural Engineering, 1986, Vol. 112. № 7, pp. 1573−1587.
  49. Tarpy T.S., Cardinal J.W. Behaviour of semi-rigid beam-to-column endplate connections. Joints in Structural Steelwork. New York, 1981, № 4, pp. 2.32.25.
  50. Weynand K.- Jaspart J. P.- Steenhuis M. The stiffness model of revised Annex J of Eurocode 3. In: Proceedings of the third international workshop onconnections in steel structures behaviour, strength and design, Trento, 1995, p. 441 452.
  51. Wilkinson T.- Hancock G. J. Tests to examine plastic behaviour of knee joints in cold-formed RHS. Journal of Structural Engineering 2000, Vol 126. No 3. p. 297.305.
  52. Wilson, Test to determine the feasibility of Welding Steel Framed, „Journ. Am. Weld. Society“ № 1, 1936.
  53. Urbonas K.- Daniunas A. Component method extension to steel beam-to-beam and beam-to-column knee joints under bending and axial forces. Journal of Civil Engineering and Management, 2005, Vol XI, No 3, p. 217−224. ISSN 1392−3730.
  54. Urbonas K.- Daniunas A. Numerical tests of steel beam-to-column semi-rigid connections. Journal of Civil Engineering and Management, 2003, Vol 9, No 4, p. 292−296. ISSN 1392−3730.
  55. Yusof N. Semi-rigid Connections, Analysis and Design.: MS Thesis, Lehigh University, USA, 1986, 465 p.1. ОООиГРДДТЕХ»
  56. Юридический адрес: 143 900, МО, г. Балашиха, ул. Белякова, дом 2 «Б». Адрес для корреспонденции: 111 123 Москва, Шоссе Энтузиастов д. 56,стр.47 Тел./факс: 8 495 221 40 96 e’mail: [email protected]
  57. ИНН 5 001 049 777 КПП 500 101 001 р/с 40 702 810 800 070 000 640 в ООО МИБ «ДАЛЕНА» г. Москва, к/с 30 101 810 300 000 002 048, БИК 44 599 313 ОКПО 75 240 377 ОГРН 1 055 000 501 643 ОКАТО 4 620 450 100 013 октября 2010 г. г. Москва1. АКТ
  58. О практическом использовании результатов диссертационной работы инженера Коржова О. В. «Несущая способность и деформативность податливых узловых сопряжений перекрестных балок»
  59. Результаты экспериментальных и теоретических исследований инженера Коржова О. В. использованы при разработке проектов по следующим объектам :
  60. Металлический каркас здания по объекту: «Ковровый цех», расположенный по адресу: Московская область, Подольский район, с. Кленово, шифр 01-ГЕ/04
  61. Металлические каркасы комплекса зданий по объекту: «Производственно-складской комплекс» по адресу: Московская область, г. Чехов, ул. Угловая 2 — шифр 09/ПР/07 .
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?