Граничний стан сталевих колон і балок при наявності залишкових напружень - Автореферат

Залишковий напружений стан (ЗНС) виникає в сталевих конструкціях під час виготовлення із застосуванням локальних термічних впливів (ЛТВ). 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*). Таким чином, як актуальна науково-технічна проблема розглядається розробка методології проектування і виготовлення економічних за витратами металу конструкцій. 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 UA 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 зєднань” (№ДР 0102U003964) і ряду госпдоговірних робіт. Предмет досліджень - залишкові напруження, що виникають у сталевих конструкціях під час виготовлення і регулювання ЛТВ, та їхній вплив на несучу здатність і деформативність.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. 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. 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: без залишкових напружень (розрахунок виконано для тестування й оцінки точності розрахункової методики); Переміщення точок нейтральної осі балки залежно від величин кривизни перерізів у цих точках визначаються за рівняннями методу початкових параметрів: Таким чином, щоб визначити прогини балки, необхідно знати величини кривизни для всіх перерізів. Розрахунки виконують доти, доки не буде виконано будь-який із критеріїв вичерпання несучої здатності.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

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.

6. 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.

17. 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).

18. 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.

23. 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).

30. 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.

31. 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 - 275.

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- 143.

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. - 2 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. - 2 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. - 112 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. - 116 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 - 330.

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 - 343. (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).

52. 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).