Миронов Андрій Миколайович. Концентрація напружень в вузлах ферм із застосуванням двотаврів і гнутозварних замкнених профілів, що викликана конструктивною формою

brief description

Миронов Андрій Миколайович. Концентрація напружень в вузлах ферм із застосуванням двотаврів і гнутозварних замкнених профілів, що викликана конструктивною формою: дис... канд. техн. наук: 05.23.01 / Донбаська національна академія будівництва і архітектури. - Макіївка, 2005.

Миронов А.М. Концентрація напружень в вузлах ферм із застосуванням двотаврів і гнутозварних замкнених профілів, що викликана конструктивною формою. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 будівельні конструкції, будівлі та споруди. Донбаська національна академія будівництва і архітектури, Макіївка, 2005.
У дисертації розглядаються теоретичні й експериментальні дослідження НДС і концентрації напружень у зварних вузлах плоских решітчастих конструкціях з використанням у поясах широкополих двотаврів, а в елементах решітки - гнутозварних замкнених профілів.
На основі МКЕ проведено дослідження НДС і концентрації напружень у К-, Т-, V-, ТК подібних зварних вузлах з поясом із ШПД і решіткою з ГСП з деталями посилення і без них. Виведені параметричні залежності теоретичного коефіцієнта концентрації напружень від геометричних параметрів профілів, що становлять вузли. Виведені параметричні залежності поправочних коефіцієнтів концентрації напружень від впливу: кутів нахилу решітки до поясу, вузлових ексцентриситетів з площини вузлів. Проведено експериментальні дослідження НДС і концентрації напружень К-, Т подібних натурних вузлів. Визначені експериментальні й поправочні коефіцієнти концентрації напружень. Розроблена методика визначення коефіцієнтів концентрації напружень і НДС для К-, Т-, V-, ТК подібних зварних вузлів з поясом із ШПД і решіткою з ГСП.

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 «п’ят» 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.

bibliography

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
1. На основе численных теоретических и экспериментальных исследований для рассматриваемых типов узлов впервые разработана инженерная методика расчета коэффициентов концентрации упругих напряжений в зависимости от: геометрических размеров элементов узлов, углов наклона решетки к поясам и величин эксцентриситетов решетки из плоскости узлов.
2. В результате численных исследований К-, Т-, V-, ТК – образных моделей сварных узлов фермы с поясом из ШПД и решеткой из ГСП определено их НДС. Установлено, что подкрепляющие элементы в 1,2 – 2,3 раза снижают уровень напряжений. Определены участки с максимальной концентрацией напряжений в узлах. Наибольшая концентрация напряжений возникает в неподкрепленных К- и ТК - образных узлах в зонах «пяток» и «носков».
3. Установлено, что коэффициенты концентрации упругих напряжений зависят:
- в поясных элементах – от относительной ширины раскосов S = d/D (где d - ширина раскоса, D – ширина полки пояса) по экспоненциальному закону;
- в элементах решетки – от относительной толщины полки поясного двутавра S = Т/t (где Т – толщина полки, t – толщина стенки ГСП решетки) по степенному закону.
С ростом параметров S происходит снижение коэффициентов концентрации напряжений.
С ростом углов наклона решетки к поясам и величины эксцентриситета решетки из плоскости узлов происходит увеличение коэффициентов концентрации напряжений.
4. На основе экспериментальных исследований натурных узлов стропильной фермы выявлено их реальное НДС. Произведено сравнение экспериментальных напряжений с теоретическими. Введены новые поправки (0,88 … 1,25) к теоретическим коэффициентам концентрации напряжений для К- и Т – образных узлов.
5. С целью снижения концентрации напряжений в сварных узлах с поясами из ШПД и решеткой из ГСП необходимо:
- при проектировании ферм назначать углы наклона элементов решетки к поясам в пределах 30 - 60º;
- при изготовлении ферм необходимо избегать появления узловых эксцентриситетов из плоскости узлов;
- выполнять качественные сварочные работы автоматом или полуавтоматом в защитных средах (под флюсами, в среде защитных газов) с последующим контролем сварных швов;
- производить усиление узлов путем установки подкрепляющих пояс деталей - вертикальных ребер жесткости и наклонных планок;
- производить зачистку металла сварных швов для обеспечения плавного перехода от сварных швов к основному металлу элементов узлов.
6. Разработанная методика расчета коэффициентов концентрации упругих напряжений позволяет производить расчет действительного НДС узлов, определять участки с максимальными напряжениями и использовать полученные результаты: при проектировании ферм с поясами из ШПД и решеткой из ГСП, для оценки технического состояния конструкций и расчета их усталостной долговечности.