Оцінка надійності сталевих балок з дефектами - Автореферат

Норми, що існують не охоплюють увесь спектр дефектів сталевих балок, недостатньо враховують їх геометричні параметри та місця розташування дефектів по довжині балок. Отже, дисертаційна робота присвячена актуальній науково-технічній задачі оцінки надійності сталевих балок із дефектами на основі аналізу їх напружено-деформованого стану, виробленню рекомендацій з інженерних методів розрахунку таких конструкцій. Метою роботи є оцінка надійності сталевих балок з дефектами, на основі аналізу їх напружено-деформованого стану. Завдання дослідження: - розробити методику розрахунку сталевих балок з вирізами в полицях й оцінити вплив місця розташування вирізу та його довжини на напружено-деформований стан сталевих балок; експериментально дослідити напружено-деформований стан сталевих балок з дефектами у вигляді однобічних вирізів у полиці, загального горизонтального вигину та місцевого погину полиці;Ними було запропоновано систему класифікації дефектів та пошкоджень, яка ввійшла майже без змін у сучасні нормативні документи. До дефектів четвертої групи було запропоновано відносити різні типи корозійних пошкоджень балок, а до пятої - тріщини (мало поширений дефект для балок, які працюють на статичні навантаження). Перед інженерами-проектувальниками може постати задача визначення максимально допустимого горизонтального вигину балки залежно від навантажень, що діють на балку, та її геометричних характеристик. , (2) де F - зосереджена сила; q - рівномірно-розподілене навантаження; f - стріла прогину; G - модуль зсуву; - момент інерції при вільному крученні; L - проліт балки; Wx - момент опору розрахункового перерізу; Е - модуль пружності сталі; щ - секторіальна площа; Ry - розрахунковий опір сталі на згин; х - коефіцієнт, що визначається за формулами: - для зосередженої сили посередині прольоту На основі проведеного аналізу значення горизонтального прогину, який допускається в балці, рекомендується визначати за формулами: - для зосередженої сили посередині прольотуРозрахунком були підтверджені результати, які свідчать, що напруження в перерізі з дефектом залежать від довжини вирізу. Тому було проведено чисельний експеримент для уточнення методики розрахунку сталевих балок з однобічними вирізами. Отримані результати були апроксимовані за верхньою межею досліджених точок, у результаті чого була одержана залежність для визначення коефіцієнта k? Розподіл межі текучості було прийнято нормальним, а випадкову величину моменту опору можна представити як (14) де hw - висота балки; д - товщина стінки; Af - площа перерізу полиць; - випадкова величина зменшення моменту опору через корозійний знос; - випадкова величина зменшення моменту опору через вирізи та погнутості полиць. (16) де Wв - мінімальний момент опору пошкодженого перерізу сталевої балки; - коефіцієнт умов роботи, що залежить від параметру економічних втрат; - коефіцієнт умов роботи, який буде дорівнюватиУ дисертації вирішено актуальну наукову задачу оцінки надійності сталевих балок перекриттів із дефектами на базі аналізу напружено-деформованого стану, що визначає необхідність підсилення таких конструкцій при реконструкції та застосуванні балок з вигинами при новому будівництві. Удосконалено методику розрахунку сталевих балок з однобічними вирізами в полиці, що дозволяє одночасно враховувати глибину та довжину дефекту. Удосконалення розрахунку балок з горизонтальними вигинами надає можливість визначити граничну стрілу вигину такої конструкції. У результаті проведення експериментальних досліджень виявлено розвиток деформацій кручення в сталевих балках з однобічними вирізами, а також концентрацію напружень (коефіцієнт концентрації 2,5…3) в місці вирізу. Розроблена методика моделювання балок з дефектами на ЕОМ дозволила врахувати умови закріплення й особливості передачі зусиль для натурних балок та лабораторних зразків, про що свідчить співставлення результатів розрахунків з результатами експериментальних досліджень.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертації вирішено актуальну наукову задачу оцінки надійності сталевих балок перекриттів із дефектами на базі аналізу напружено-деформованого стану, що визначає необхідність підсилення таких конструкцій при реконструкції та застосуванні балок з вигинами при новому будівництві.

Проведені дослідження дозволяють зробити наступні висновки.

1. Удосконалено методику розрахунку сталевих балок з однобічними вирізами в полиці, що дозволяє одночасно враховувати глибину та довжину дефекту. Згідно з цією методикою розрахунок сталевих балок із такими дефектами рекомендується вести, враховуючи напруження, що зявляються від закручування перерізу. Врахування довжини дефекту виконується введенням коефіцієнта k?, що описує ступінь розвитку напружень кручення.

2. Удосконалення розрахунку балок з горизонтальними вигинами надає можливість визначити граничну стрілу вигину такої конструкції. Для рівня завантаження 0,5Ry допустима стріла вигину становить 0,02…0,05 величини прольоту, а для (0,8…0,9)Ry допустима стріла вигину становить 0,01 прольоту.

3. У результаті проведення експериментальних досліджень виявлено розвиток деформацій кручення в сталевих балках з однобічними вирізами, а також концентрацію напружень (коефіцієнт концентрації 2,5…3) в місці вирізу. Підтверджено теоретичні припущення, щодо розвитку деформацій кручення в сталевих балках з горизонтальним вигином.

4. Розроблена методика моделювання балок з дефектами на ЕОМ дозволила врахувати умови закріплення й особливості передачі зусиль для натурних балок та лабораторних зразків, про що свідчить співставлення результатів розрахунків з результатами експериментальних досліджень. Середнє відхилення теоретичної несучої здатності -1,8%, коефіцієнт варіації 2,2%.

5. Запропоновано інженерні методи (графіки та апроксимуючі формули) визначення граничних розмірів дефектів балок залежно від місця їх розташування по довжині балок.

6. Удосконалено методику розрахунку показників надійності балок з дефектами, що дозволило отримати кількісні показники ймовірності відмови таких балок, які становлять 0,1…0,001.

7. Застосування для споруд з економічною відповідальністю теорії ризиків дозволило розрахунковим методом розмежувати технічні стани балок з дефектами залежно від параметра економічних втрат.

8. Отримано значення коефіцієнта умов роботи (гс) залежно від розмірів дефектів балок, відносної вартості підсилення та параметру економічних втрат.

1. Пічугін С.Ф., Семко В.О. До визначення міцності сталевих балок із дефектами полиць. // Галузеве машинобудування, будівництво: Зб. наук. праць. - Полтава, 2003. - В. 13. - С. 42-45.

2. Пічугін С.Ф., Семко В.О. Про вплив розмірів та розташування дефектів на надійність сталевих балок // Галузеве машинобудування, будівництво: Зб. наук. праць. - Полтава, 2005. - В. 15. - С. 60-65.

3. Семко В.О. Врахування реальної розрахункової схеми сталевих балок перекриттів при реконструкції будівель // Будівельні конструкції: Зб. наук. праць. - Київ, 2005. - В. 63. - С. 257-260.

4. Семко В.О., Ґудзь С.А. Розрахунок та експериментальні дослідження сталевих балок з викривленням в горизонтальній площині // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. праць. - Рівне, 2006. - В. 14. - С. 317-322.

5. Пічугін С.Ф., Семко В.О., Ґудзь С.А. Дослідження напружено-деформованого стану сталевих балок з місцевою погнутістю полиць // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво: Зб. наук. праць. - Київ, 2006. - В. 73. - С. 240-243.

6. Семко В.О. Уточнений розрахунок сталевих балок з однобічними вирізами в полиці // Галузеве машинобудування, будівництво: Зб. наук. праць. - Полтава, 2006. - В. 18. - С. 122-128.

7. Пичугин С.Ф., Семко В.А. Методика расчета стальных балок с односторонними вырезами в полке // Современные строительные конструкции из металла и древесины: Сб. науч. трудов. - Одесса, 2007. - Ч. 1. - С. 165-169.

8. Пічугін С.Ф., Семко В.О. Робота і розрахунок сталевих балок з вирізами в полиці // Будівельні металеві конструкції: сьогодення та перспективи розвитку: V наук.-тех. конференція. Київ, 19-22 верес. 2006р. - Київ, 2006. - С. 50-53.

9. Семко В.О. Експериментально-теоретичне дослідження сталевих балок з дефектами // Сучасне будівництво: конструкції, технології, перспективи: Міжнар. наук. конференція. Полтава, 20-21 трав. 2004р. - Полтава, 2004. - С. 114-117.