Концентрація напружень в вузлах ферм, що викликані їх конструкцією - Автореферат

Особливо важливо знати місця концентрації напружень для конструкцій, які піддаються динамічним діям і, отже, є небезпечними з позиції зародження втомної тріщини. Разом з перевагами використання даних профілів в таких зєднаннях наявний істотний недолік - складний НДС і висока концентрація напружень у зоні зєднання елементів решітки з поясами, які до цього часу не досліджені, а це, в свою чергу, стримує застосування таких конструкцій. Таким чином, вивчення НДС у зонах з максимальною концентрацією напружень у вузлах з поясом з ШПД і решіткою з ГСП є актуальними, а одержані результати становлять теоретичний і практичний інтерес. визначені теоретичні залежності коефіцієнтів концентрації напружень від: геометричних параметрів профілів, що становлять вузли, кутів нахилу елементів решітки до поясу, вузлових ексцентриситетів з площини вузлів; встановлено вплив підкріплюючих вузлових деталей у вигляді похилих планок на НДС і концентрацію напружень у вузлах;У першому розділі проаналізовано галузі використання плоских решітчастих конструкцій з використанням ШПД і ГСП, визначені чинники, що впливають на концентрацію напружень у зварних вузлах, узагальнені результати раніше проведених теоретичних і експериментальних досліджень в області НДС, концентрації напружень зварних безфасонкових вузлів. У той же час, при визначенні НДС і концентрації напружень у зварних вузлах не враховувалися величини і знаки поздовжніх зусиль в поясах вузлів; недостатньо досліджені вузли, де до поясу примикають два і більше стержнів (К-, ТК - подібні вузли) з вузловими ексцентриситетами, додатковими деталями, які посилюють вузли; недостатньо вивчена концентрація напружень по зоні примикання елементів решітки до поясів (визначалася тільки для Т - подібних вузлів), при цьому не було встановлено звязку коефіцієнта концентрації напружень з формою і геометричними параметрами елементів зєднань. У другому розділі на основі МКЕ виконано чисельне дослідження НДС і концентрації напружень у К-, Т-, V-, ТК - подібних зварних вузлах з поясом із ШПД і решіткою з ГСП, з деталями посилення та без них. При дослідженні НДС і концентрації напружень у вузлах розглядалися чотири розрахункові зони: область “носків” (тупий кут примикання розкосів до пояса), область “щок” (стінки ГСП, паралельні стінці поясного ШПД), область “пят” (гострий кут примикання розкосів до пояса), область округлень ГСП. З метою дослідження впливу геометричних розмірів пояса й елементів решітки на НДС і концентрацію напружень у вузлах, до кожного типу вузлів входило 7 розрахункових моделей з профілями, що змінюються в поясах: I20К1, I20К2, I23К1, I23К2, I26К1, I26К2, I26К3.На підставі чисельних теоретичних й експериментальних досліджень для розглянутих типів вузлів вперше розроблено інженерну методику розрахунку коефіцієнтів концентрації пружних напружень в залежності від: геометричних розмірів елементів вузлів, кутів нахилу решітки до поясів та величин ексцентриситетів решітки з площини вузлів. У результаті чисельних досліджень К-, Т-, V-, ТК - подібних моделей зварних вузлів ферми з поясом із ШПД і решіткою з ГСП встановлено їх НДС. Встановлено, що коефіцієнти концентрації пружних напружень залежать: - в поясних елементах - від відносної ширини розкосів S = d/D (де d - ширина розкосу, D - ширина полиці пояса) за експоненціальним законом; Із зростанням кутів нахилу решітки до поясів і величини ексцентриситету решітки із площини вузлів відбувається зростання коефіцієнта концентрації напружень.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

1. На підставі чисельних теоретичних й експериментальних досліджень для розглянутих типів вузлів вперше розроблено інженерну методику розрахунку коефіцієнтів концентрації пружних напружень в залежності від: геометричних розмірів елементів вузлів, кутів нахилу решітки до поясів та величин ексцентриситетів решітки з площини вузлів.

2. У результаті чисельних досліджень К-, Т-, V-, ТК - подібних моделей зварних вузлів ферми з поясом із ШПД і решіткою з ГСП встановлено їх НДС. Встановлено, що підкріплюючі елементи в 1,2 - 2,3 рази знижують рівень напружень. Визначені зони з максимальною концентрацією напружень у вузлах. Найбільша концентрація напружень виникає в непідкріплених К- і ТК - подібних вузлах по зонах “пят” і “носків”.

3. Встановлено, що коефіцієнти концентрації пружних напружень залежать: - в поясних елементах - від відносної ширини розкосів S = d/D (де d - ширина розкосу, D - ширина полиці пояса) за експоненціальним законом;

- в елементах решітки - від відносної товщини полиці поясного двотавра S = Т/t (де T - товщина полиці, t - товщина стінки ГСП решітки) за степеним законом.

Із зростанням параметрів S відбувається зниження коефіцієнта концентрації напружень.

Із зростанням кутів нахилу решітки до поясів і величини ексцентриситету решітки із площини вузлів відбувається зростання коефіцієнта концентрації напружень.

4. У результаті експериментальних досліджень натурних вузлів кроквяної ферми виявлено їх дійсний НДС. Виконано порівняння експериментальних напружень з теоретичними. Визначені нові поправки (0,88 - 1,25) до теоретичних коефіцієнтів концентрації напружень для К- і Т - подібних вузлів.

5. З метою зниження концентрації напружень у зварних вузлах з поясами із ШПД і решіткою з ГСП необхідно: - при проектуванні ферм призначати кути нахилу решітки до поясів у межах 30 - 60?;

- при виготовленні ферм необхідно запобігати появи вузлових ексцентриситетів з площини вузлів;

- виконувати якісні зварювальні роботи автоматом або напівавтоматом у захисних середовищах (під флюсами, в середовищі захисних газів) з контролем зварних швів;

- застосовувати посилення вузлів шляхом встановлення підкріплюючих пояс деталей - вертикальних ребер жорсткості та похилих планок;

- здійснювати зачищення метала зварних швів для забезпечення плавного переходу від зварних швів до основного металу елементів вузлів.

6. Розроблена методика розрахунку коефіцієнтів концентрації пружних напружень дозволяє проводити розрахунок дійсного НДС вузлів, визначати ділянки з максимальними напруженнями і застосовувати отримані результати: при проектуванні ферм з поясами із ШПД і решіткою з ГСП, для оцінки технічного стану конструкцій та розрахунку їх втомної довговічності.

1. Розрахунок вузлів пласких решітчастих конструкцій з використанням круглих труб i гнутозварених замкнутих профілів на міцність i витривалість за сучасними нормами / Є.В. Горохов, С.В. Колесніченко, А.М. Миронов, С.С. Аноприєнко. // Металеві конструкціі. - Том 3. - №1. - 2000. - С. 67-77.

2. Динамические испытания и диагностика бункерной этажерки / А.М. Югов, С.В. Колесниченко, Д.В. Левченко, А.С. Васильев, Ю.П. Некрасов, А.Н. Миронов, Е.В. Денисов, С.С. Аноприенко. // Вісник ДОНДАБА. - вип. 2001 - 4(29). Том 2. - С. 47-53.

3. Колесниченко С.В., Миронов А.Н. Влияние геометрических параметров на напряженно-деформированное состояние и концентрацию напряжений Т-образных узлов с поясом из широкополочного двутавра и решеткой из гнутосварных замкнутых профилей // Металеві конструкціі. - Том 4. - №1. - 2001. - С. 55-59.

4. Колесниченко С.В., Миронов А.Н. Напряженно-деформированное состояние сварных бесфасоночных узлов с использованием широкополочных двутавров и гнутосварных замкнутых профилей // Вісник ДОНДАБА. - Вип. 2003 - 2(39) - Том 1. - С. 107-115.

5. Колесниченко С.В., Миронов А.Н. Исследование напряженно-деформированного состояния и концентрации напряжений в К-образных узлах плоских решетчатых конструкций // Сучасні проблеми проектування, будівництва та експлуатаціі споруд на шляхах сполучення. “Автомобільні дороги i транспортне будівництво”. - Вип. 64. - Київ. - 2002. - С. 127-130.

6. Миронов А.Н. Методологические основы для проведения экспериментальных испытаний на выносливость узлов решетчатых конструкций с применением ГСП и ШПД // Вісник ДОНДАБА. - Вип. 2002 - 2(33). “Будівельні конструкціі, будівлі та споруди”. - С. 92-96.

7. Колесниченко С.В., Миронов А.Н. Влияние геометрических параметров на напряженно-деформированное состояние и концентрацию напряжений V-образных узлов с поясом из широкополочного двутавра и решеткой из гнутосварных замкнутых профилей // Сборник научных трудов “Строительство. Материаловедение. Машиностроение”. Приднепровская ГАСА. - Вып. 18. - Днепропетровск. - 2002. - С. 90-99.

8. Колесниченко С.В., Миронов А.Н. Влияние подкрепляющих узловых деталей на напряженно-деформированное состояние и концентрацию напряжений ТК-образных узлов с поясом из широкополочного двутавра и решеткой из гнутосварных замкнутых профилей // “Современные проблемы совершенствования и развития металлических, деревянных, пластмассовых конструкций в строительстве и на транспорте”. Материалы Международной научно-технической конференции 23-26 сентября 2002 г. - Самара. - С. 25.

9. Колесниченко С.В., Миронов А.Н. Определение теоретического коэффициента концентрации напряжений в сварных бесфасоночных узлах плоских стержневых конструкций с использованием широкополочных двутавров и гнутосварных замкнутых профилей // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - № 10-11, 2003 (70-71) - С. 62-69.

10. Theoretical stress concentration factors for joints with H-beams and RHS-members. Modern Building Materials, Structures and Techniques. International 8th conference, Vilnius, Lithuania, May 19-21, 2004.

Размещено на .ru