Анализ общей устойчивости балок с гофрированными стенками

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1  ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8

1.1 Конструкции с применением гофробалок 8

1.2 Гофробалки в российской и иностранной нормативной документации. 17

1.3 Научные работы, посвященные исследованиям гофробалок. 23

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕОРИЙ УСТОЙЧИВОСТИ ГОФРОБАЛКИ 27

2.1 Основные расчетные положения 27

2.2 Сопоставление расчетов по СП 294.1325800.2017 и результатов численного моделирования. 34

2.3 Сопоставление значения критического изгибающего момента, полученного в ПК ЛИРА-САПР и рассчитанного методике А.Н. Степаненко. 50

2.4  Выводы по главе 2 55

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ПРИМЕНИМОСТИ СП 16.13330.2017 ПРИ РАСЧЕТЕ ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ГОФРОБАЛОК. 56

3.1 Основные расчетные положения 56

3.2 Сопоставление расчетов общей устойчивости гофробалки по СП.16.13330.2017 и расчётов в ПК ЛИРА-САПР 58

3.3 Выводы по главе 3 71

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 74

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зональные типовые проектные решения 400-033с.23.87.Одноэтажные производственные здания(модули) из легких металлических рамных конструкций типа «Алма-Ата» из двутавровых элементов с гофрированной стенкой для Казахской ССР

2. РДС РК 5.04-24-2006 сортамент сварных двутавровых профилей обычного типа и с гофрированными стенками, соответствующими по прочностным характеристикам прокатным

3. СНиП РК 5.04-23-2002 «Стальные конструкции. Нормы проектирования»

4. URL:  https://zmk-pulkovo.com/ru/proizvodstvo/metallokonstruktsii/proizvodstvo-gofrobalok.html «ЗМК-Пулково» Дата обращения: 26.06.2021

5. URL: https://agsc.ru/catalog/gofrobalka/ «А групп стальные конструкции», Дата обращения: 26.06.2021

6. УДК 691.714.018.8  Н.В.Столбов, магистрант ФГБОУ СибАДИ Сравнительный анализ двух вариантов несущих конструкций покрытия: с применением балок системы Zeman и стропильных ферм из спаренных уголков

7. Серия 1.460.3-23.98 Выпуск 1. Покрытия. Чертежи КМ

8. УДК 624.046.5 Н. Г. Силина «Влияние параметров стенки на общую устойчивость гофробалок».

9. Максимов, Ю. С. Устойчивость гофрированных стенок двутавровых балок / Ю. С. Максимов, Г. М. Остриков, В. В. Долинский // Строительная механика и расчет сооружений. – 1985. – № 6. – С. 43-45

10. Кудрявцев, С.В. Расчет и проектирование сварных двутавровых профилей с волнистыми стенками: учеб.метод. пособие / С.В. Кудрявцев. – М: Министерство образования и науки РФ, Уральский федеральный университет, - Екатеринбург, 2017. – 60 с.: ил

11. Corrugated Web Beam. Technical documentation. Zeman & Co Gesellschaft mbH. Vienna, Austria. (Балка с гофрированной стенкой. Техническая документация. ООО «Zeman & Co». Вена, Австрия) [Электрон. ресурс]. –  Режим доступа: http://www.zeman.kiev.ua/download/technical_sin.pdf

12. УДК 624.046.5С.А. Макеев, д. т. н, Н.Г. Силина,  З.Н. Соколовский, к. т. н., « Разработка и апробация математической  модели пространственного деформирования гофробалок»

13. Степаненко А.Л. диссертация на соискание ученой степени доктор технических наук, Хабаровский государственный технический университет, Хабаровск, 2001.

14. СП 294.1325800.2017 «Конструкции стальные. правила проектирования»

15. СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81»

16. УДК 624.046.3 Н.Г. Силина, С.А. Макеев, доктор технических наук. «К вопросу расчета гофробалок на устойчивость при изгибе»

17. Д.Д. Заборова, Ю.П. Дунаевская.  «Преимущества и особенности применения гофро-балки в строительстве». «Строительство уникальных зданий и сооружений». ISSN 2304-6295. 7 (22). 2014. 36-53

18. Файнштейн А.А. Стальные балки минимального веса. Изд-во Политехнический университет, 2007. 95 с.

19. Кудрявцев С.В. «Расчет двутавровой балки с гофрированной стенкой на изгиб в своей плоскости под действием статических нагрузок» (Часть 1: Методика расчета). ГОУ ВПО «Урал. Гос. Техн. Ун-т-УПИ». Екатеринбург, 2007. 17 с.: ил. Библиогр.: 20 назв. Рус. Деп. В ВИНИТИ 20.07.07, №749-В2007. С. 33-34.

20. URL: https://tularegion.ru/presscenter/photo/?ELEMENT_ID=138565 Правительство Тульской области. Дата обращения: 06.11.2021

21. URL:https://steel-fabrication.ru/catalog-manufacturers/catalog/zeman-pem/ «Ассоциация развития стального строительства». Дата обращения: 06.11.2021

22. URL: https://www.zebau.com/machines/sba/sba-compact/ “Zeman bauelemente”  Дата обращения: 06.11.2021

23. URL: https://www.borga.ru/angary/promyshlennyye-zdaniya/  Дата обращения: 06.11.2021

24. URL: http://kbm-group.ru/bystrovozvodimoe-zdanie-cexa-svarki-avtomobilnyx-korpusov/  Дата обращения: 06.11.2021

25. УДК 624.21:625:624.01 А.О. Лукин, А.А. Суворов , Самарский государственный архитектурно-строительный университет, «Пролетные строения мостов с гофрированными металлическими стенками». Строительство уникальных зданий и сооружений. ISSN 2304-6295. 2 (41). 2016. 45-67

26. УДК 624.046.5:691.714-422.2 С.А.Макеев, д. т. н, Н.Г. Силина,  «Разработка методики уточненного расчета гофробалок на общую устойчивость»

27. УДК 624.046.5 Л. В. Красотина, к. т. н., доцент, зав. кафедры «Строительные конструкции» (СибАДИ, г. Омск), Е. А. Понурова, инженер, заместитель директора по научно-методической работе (ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова», г. Москва).  «К вопросу определения перемещений балок с поперечно-гофрированными стенками»

28. УДК 624.046.5 Л. В. Красотина, к. т. н., доцент, зав. кафедры «Строительные конструкции», М.М. Варшавская, инженер, аспирант группы ТТС-20МА2 (СибАДИ, г. Омск).  «О применении балок с гофрированной стенкой и поясами из гнутых швелеров»

29. П.И. Егоров. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук «Исследование напряжённо-деформированного состояния стальных балок и колонн из двутавра с тонкой гофрированной стенкой»,  Тихоокеанский Государственный Университет, Хабаровск, 2010 г.

30. Бирюлев В.В., Остриков Г.М., Максимов Ю.С. Местное напряженное состояние гофрированной двутавровой балки при локальной нагрузке: изв. вуз. "Строительство и архитектура". - М., 1969. - Вып. 11. - С. 13-15.

31. Бономанко СБ., Трулль В.А. Испытание двутавровых балок с горизонтально гофрированной стенкой // Металлические конструкции и испытание сооружений. - Л.: ЛИСИ, 1980. - с. 98-105.

32. Егоров П.И. Влияние различных профилей гофров в тонкой стенке стальной гофрированной балки на ее напряженно-деформируемое состояние // Новые идеи нового века: материалы междунар. науч. конф. - Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2003. - с. 64-66.

33. Егоров П.И., Степаненко А.Н. Численный эксперимент по исследованию напряженно-деформированного состояния стальных балок с различными профилями непрерывных поперечных гофров в стенке // Совершенствование методов расчета строительных конструкций зданий и сооружений: сб. науч. тр. / под ред. В.А. Кравчука. - Хабаровск: Изд-во ХЕТУ, 2004. - Вып.3 . - с. 32-36

34. Егоров П.И. Дополнительные усилия от основного изгибающего момента в балках с различными профилями гофр // Совершенствование методов расчета строительных конструкций зданий и сооружений: сб. науч. тр. / под ред. В.А. Кравчука. - Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2005. - Вып. 4. - с. 76-85.

35. Егоров П.И., Степаненко А.Н., Филимонов О.Е. Об устойчивости опорного ребра стальной балки с тонкой гофрированной стенкой // Совершенствование методов расчета строительных конструкций зданий и сооружений: сб. науч. тр. / под ред. В.А. Кравчука. - Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2005. - Вып. 4 . - с. 73-76.

36. Егоров П.И., Степаненко А.Н. Общая устойчивость прямолинейного двутаврового стержня с различными профилями гофров при сжатии и изгибе // Совершенствование методов расчета строительных конструкций зданий и сооружений: сб. науч. тр. / под ред. В.А. Кравчука. - Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2006. - Вып. 5. - с. 45-53.

37. Кириленко В.Ф., Воблых Г.А. Устойчивость гофрированных стенок крановых балок при действии сдвигающих сил // Вестник машиностроения. - М., 1968.-Вып. 11.-с. 14-15

38. Степаненко А.Н. Напряженное состояние и предельная ширина поясных листов балки с гофрированной стенкой // Проблемы совершенствования строительных конструкций на Дальнем Востоке. - Хабаровск: ХПИ, 1978. - с. 13-19.

39. Степаненко А.Н. К вопросу определения местных напряжений в гофрированной стенке стальной балки // Проблемы совершенствования строительных конструкций на Дальнем Востоке. - Хабаровск: ХПИ, 1978. - С. 108-110.

40. Степаненко А.Н., Безносько С.Н. Дополнительные усилия в поперечных сечениях вертикально гофрированной стальной балки // Прогрессивные строительные конструкции для Дальнего Востока. - Хабаровск: ХГТУ, 1994.-С. 7-9.

41. Степаненко А.Н., Безносько С.Н., Боброва Т.Б. Критическое напряжение в сжатом поясе составного двутавра с тонкой волнистой стенкой // Совершенствование методов расчета строительных конструкций зданий и сооружений. - Хабаровск: ХГТУ, 1997. - С. 103-106.

42. Ажермачев Г.А. Балки с волнистыми стенками // Промышленное строительство. 1963. № 4. С. 54–56

43. Tanaka Y., Ichioka Y., Kono S., Ohta Y., Watanabe F. (2008) Precast pre-stressed portal frames with corrugated steel panel dampers. The 14th World Conference on Earthquake Engineering. October 12-17, 2008, Beijing, China. URL: http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/14_12-01-0123.PDF. (дата обращения: 09.11.2021).

44. Рыбкин И.С. Особенности проектирования стальных балок с гофрированной стенкой и перспективы их применения // Промышленное и гражданское строительство. 2008. №12. С. 12-14.

45. Bridgeworld.net. Yahagigawa bridge. URL:http://bridgeworld.net/wordpress/archives/images/yahagigawa_2.jpg.  (дата обращения: 09.11.2021).

46. Niwa J. (2005) World's first PC-steel composite cable-stayed bridge using corrugated steel plate webs for PC girders. Yahagigawa Bridge on the Second Tomei Expressway. Project Report. 2005. URL: http://www.jsce.or.jp/kokusai/civil_engineering/2006/90-3-1.pdf. (дата обращения: 09.11.2021)

47. International Database for Civil and Structural Engineering. Altwipfergrund Viaduct. URL:http://structurae.net/structures/altwipfergrund-viaduct. (дата обращения: 09.11.2021).

48. Innovative Practice corrugated steel web PC box girder bridge. URL:

http://www.tranbbs.com/Advisory/bridge/Advisory_114589.shtml. (дата обращения: 09.11.2021)

49. УДК 69.07 Л.В. Красотина, канд. техн. наук, зав. кафедры «Строительные конструкции»;C.О. Савина, магистрант гр. См17-MAZ3 («Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)», г. Омск). «Сравнительный анализ расчета общей устойчивости стенок sin-балки и балки с прямой стенкой». Образование. Транспорт. Инновации. Строительство. Сборник материалов II Национальной научно-практической конференции

50. Попова Ж.С. Об эффективности использования балок с гофрированными стенками в стальных каркасах многоэтажных зданий / Ж.С. Попова, А.Н. Степаненко // Материалы секционных заседаний 54- студенческой научно-технической конференции ТОГУ. Изд.: Тихоокеанский государственный университет. – Хабаровск, 2014. –С. 273-277

51. Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев, «Справочник по сопротивлению материалов», Изд.: «Научная мысль», Киев, 1988 г.

52. В.И. Феодосьев, «Сопротивление материалов.  Издание десятое,  переработанное и дополненное», Москва, издательство МГТУ им. Баумана, 1999.

53. Городецкий Д.А., Барабаш М.С., Водопьянов Р.Ю., Титок В.П., Артамонова А.Е. «Программный комплекс «« Лира САПР 2013». Учебное пособие», Москва-Киев 2013.

54. ПК «Лира-САПР»: встроенная справочная система.

Для примера во всех разделах будем рассчитывать гофробалки пролетом 18 метров, закрепленные шарнирно с обеих сторон. При этом в качестве нагрузки примем снеговую нагрузку и нагрузку от веса покрытия из минераловатных сэндвич-панелей при шаге балок покрытия 6 метров.  При расчёте будем изменять шаг раскрепления верхнего пояса и высоту балки, а остальные параметры подберём так, чтобы была обеспечена прочность поясов и стенки при действии нормальных и касательных напряжений.

Во всех случаях расчет производится в линейной постановке. Линейный расчёт – расчёт конструкции, при котором предполагается, что значения напряжений не превышают предела текучести и зависимость между деформациями и напряжениями в элементах подчиняется закону Гука. Балка имеет шарнирное закрепление с обеих сторон и загружается равномерно-распределённой нагрузкой. В результате каждого расчёта определяется  коэффициент запаса гофробалки по общей устойчивости и критические усилия потери устойчивости.

При расчёте в ПК ЛИРА-САПР для каждого типоразмера гофробалки построим конечно-элементную модель из пластинчатых элементов. Равномерно распределённую нагрузку будем прикладывать к условному стержневому элементу с жесткостью много меньшей жесткости поясов и стенки.  При расчёте в «ЛИРА-САПР» не учитываются неидеальности реальной конструкции: случайные эксцентриситеты, отклонения параметров материала от нормативных, допустимый отклонения формы и размеров от проектных параметров и т.д. Поэтому значения критических усилий, полученные при численном моделировании,  должны быть несколько больше значений, полученных при расчёте по нормативному документу.