Влияние погиба равнополочного уголка на несущую способность конструкций покрытия

Влияние погиба равнополочного уголка на несущую способность

конструкций покрытия

Ю.С. Вильгельм, К.Н. Сухина, М.Е. Дубовский, Е.А. Слышкина

В.Н. Власов, К.А. Сухин Волгоградский государственный технический университет

Аннотация: Проанализирована зависимость влияния величины погиба на напряженно -деформированное состояние несущих конструкций покрытия. На основании полученных результатов определен максимальный угол погиба металлических уголков, снижающих несущую способность ферм.

Ключевые слова: стропильная ферма, погиб, напряженно-деформированное состояние, момент инерции, радиус инерции, центр тяжести.

В настоящее время стальные фермы имеют достаточно широкое распространение во многих областях строительства: покрытия и перекрытия промышленных и гражданских зданий, мосты, транспортные эстакады, объекты связи и т.д. Фермы из металлического профиля более экономичны по расходу материала и являются более эффективными, по сравнению с балочными конструкциями. Фермы могут иметь самую разнообразную конструкцию в зависимости от назначения и действующих на них нагрузок [1,2].

В виду ошибок в ходе проектирования, изготовления и монтажа, нарушений правил технической эксплуатации в конструкциях появляются отклонения от проектных размеров, формы и качества. Возникающие при этом дефекты и повреждения отрицательно сказываются на работе конструкции, а также значительно снижают параметры надежности и долговечности.

К наиболее частым дефектам и повреждениям стропильных ферм относятся [3]:

- искривления и местные погибы элементов;

- отклонение ферм от вертикальной плоскости;

- расстройство болтовых соединений в опорных узлах;

- погибы фасонок;

- трещины в фасонках;

- низкое качество сварки.

В данной статье рассматривается ферма, основные элементы которой состоят из парных уголков.

Рис.1. - Общий вид рассматриваемой фермы

В качестве основного повреждения был принят местный погиб элемента верхнего пояса фермы. Местные погибы возникают при ударных воздействиях и креплении тросов для подвески грузов [3, 4]. Если в растянутых элементах эти повреждения не представляют существенной опасности, то в сжатых они могут привести к преждевременной потере устойчивости и, таким образом, снижают надежность конструкций.

На основании выполненных расчетов проведен сравнительный анализ влияния погиба уголков на несущую способность сжатого элемента. С помощью программного комплекса LIRA SAPR была выполнена проверка сечений стержней по первой и второй группе предельных состояний и по местной устойчивости, определены усилия в стержнях. Согласно выбранному диапазону повреждений первым этапом были определены геометрические характеристики спаренных уголков: центр тяжести, моменты инерции, радиусы инерции. Изменение основных характеристик в зависимости от степени повреждения были определены с применением программного комплекса MathCAD. Результаты расчета представлены в таблице №1 и проиллюстрированы на рисунках 2-6.

Таблица №1

Несущая способность при различных углах погиба уголка

№ п/п а Хс, мм Ус, мм т 4 1хс, мм 4 1ус, мм 1хс, мм 1ус, мм кН

1 0° 0 0 9314400 18286600 43,4 60,8 985,7

2 5° -0,065 2,181 8917790 18863600 42,471 61,769 967,7

3 10° -0,256 3,623 8572050 19054300 41,639 62,081 951,1

4 20° -1,013 6,429 8159990 18894000 40,626 61,819 930

5 30° -2,247 9,056 8087990 17970300 40,447 60,289 926,1

Рис. 2. - Схема погиба уголка

30 10 а ти

2../ \

ю* -А 5"

4 5 г -4— А

Рис. 3. - График изменения центра тяжести сечения от погиба уголка

:

2.0Е+07 1.9Е+07 1.8Е+07 1.7Е+07 1.6Е+07 1.5Е+07 1.4Е+07 1.3Е+07 1.2Е+07 1.1Е+07 1.0Е+07 9.0Е+06 8.0Е+06

1.89Е+07 1.91Е+07 1.89Е+07 ^ 1 ЙЭР+П7

1.80Е+07

9.31Е+06 8.92Е+06 8.57Е+06 ---—8.16

: +06 Я пас+пй

10

20

30

а

1х

IV

Рис. 4. - График зависимости моментов инерции сечения от погиба уголка

___•---' с-- »-

•---\ \ /

50'8 61,769 62,081 61 819 60,289

42,471

чэ, ч 41,639 ________у 40,626 40'447

0 10 20 30

а

-•—¡х —•—¡у

Рис. 5. - График зависимости радиусов инерции сечения от погиба уголка

990

923,1

920

0

10

20

30

а

Рис. 6. - График зависимости устойчивости элемента фермы от погиба

По полученным результатам видно, что при увеличении угла погиба уголка от 0° до 30° несущая способность элемента фермы уменьшается. Причиной этому является изменение формы сечения при погибе уголка, приводящее к смещению центра тяжести данного сечения, что, в свою очередь, влияет на моменты инерции, радиусы инерции, гибкость, коэффициент продольного изгиба и, в конечном итоге, приводит к уменьшению несущей способности.

1. Беленя Е.И., Балдин В.А., Ведеников Г.С. и др. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1986. 317 с.

2. Марахина О.Ю., Кузьмин Д.А. Некоторые особенности проектирования стропильных ферм из парных уголков // Научный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ". 2017. №3(55). С. 138-144.

3. Кикин А.И., Васильев А. А., Кошутин Б.Н. и др. Повышение долговечности металлических конструкций промышленных зданий. М.: Стройиздат, 1984. 120 с.

уголка

Литература

4. Горев В.В., Б.Ю. Уваров, В.В. Филиппов и др. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы конструкций: Учеб. для строит. вузов. М: Высш. шк, 2004. с. 445-453

5. Сухина К.Н., Пшеничкина В.А. Вероятностный анализ ресурса конструкций покрытия промышленного здания с учетом случайного характера снеговой нагрузки // Инженерный вестник Дона. 2015. №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3397/.

6. Голубова Т.А., Кадомцев М.И., Шатилов Ю.Ю. Локализация повреждений металлических ферменных конструкций при помощи вибрационных методов // Инженерный вестник Дона. 2013. №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2169/.

7. Муханов К.К. Металлические конструкции. Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1978. 309 с.

8. Сахновский М.М., Жемчужников Г.В., Динельт Ю.Б. и др. Металлические конструкции (техническая эксплуатация). Киев, «Будiвельник», 1976. 121 с.

9. Raizer V.D. Theory of Reliability in Structural Desing. - Journal of Applied Mechanics Reviews, USA, 2004. - Vol.57. - Nol. - pp. 1-21.

10. Raizer V.D. Reliability of Structures. Analysis and Applications, Backbone Publishing Company. - New York, USA, 2009. - 146 p.

References

1. Belenya E.I., Baldin V.A., Vedenikov G.S. i dr. Metallicheskie konstruktsii. Obshchiy kurs: Uchebnik dlya vuzov. [Metal constructions. General course: Textbook for high schools]. M.: Stroyizdat, 1986. 317 р.

2. Marakhina O.Y., Kuz'min D.A. The Russian Automobile and Highway Industry Journal (In Russ). 2017. №3 (55). рр. 138-144.

3. Kikin A.I., Vasil'ev A.A., Koshutin B.N. i dr. Povyshenie dolgovechnosti metallicheskikh konstruktsiy promyshlennykh zdaniy. [Increased durability of metal structures of industrial buildings]. M.: Stroyizdat, 1984. 120 р.

4. Gorev V.V., B.Yu. Uvarov, V.V. Filippov i dr. Metallicheskie konstruktsii. V 3 t. T. 1. Elementy konstruktsiy: Ucheb. dlya stroit. vuzov. [Metal structures. Volume 1. Elements of constructions]. M: Vyssh. shk., 2004. Pp. 445453.

5. Suhina K.N., Pshenichkina V.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2015. №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3397/.

6. Golubova T.A., Kadomtsev M.I., Shatilov Yu.Yu. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013. №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2169/.

7. Mukhanov K.K. Metallicheskie konstruktsii. Uchebnik dlya vuzov. [Metal constructions. Textbook for universities]. M.: Stroyizdat, 1978. 309 р.

8. Sakhnovskiy M.M., Zhemchuzhnikov G.V., Dinel't Yu.B. i dr. Metallicheskie konstruktsii (tekhnicheskaya ekspluatatsiya). [Metal constructions (technical operation)]. Kiev, «Budivel'nik», 1976. 121 р.

9. Raizer V.D. Journal of Applied Mechanics Reviews, USA, 2004. Vol.57. Nol. pp 1-21.

10. Raizer V.D. [Reliability of Structures. Analysis and Applications, Backbone Publishing Company]. New York, USA, 2009. 146 p.