Исследование напряженно-деформированного состояния стальных тонкостенных балок, предварительно напряженных изгибом тавра

• Автор: Иодчик, Анатолий Александрович
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Улан-Удэ
• Количество страниц: 160 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Состояние исследований металлических балок, предварительно
напряженных без затяжек
1.2 Стальные конструкции, предварительно напряженные
принудительным способом
1.3 Предварительно напряженные конструкции, работающие в
упругопластической области
1.4 Выводы по главе
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАЛЬНЫХ ТОНКОСТЕННЫХ БАЛОК, ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ИЗГИБОМ ТАВРА
2.1 Оптимальные параметры сечения тавра и двутавра
2.2 Соотношение параметров тавра и двутавра
2.3 Напряженное состояние балки на стадии предварительного напряжения
2.4 Напряженное состояние балки под действием внешней нагрузки
2.5 Деформированное состояние балки на стадии изготовления
и под нагрузкой
2.6 Устойчивость элементов предварительно напряженной балки
2.6.1 Устойчивость гибкой стенки на стадии предварительного напряжения
2.6.2 Устойчивость предварительно напряженной гибкой
стенки под действием нормальных напряжений
2.6.3 Устойчивость предварительно напряженной гибкой стенки, при совместном действии нормальных и касательных напряжений
2.6.4 Устойчивость сжатого пояса предварительно напряженной
балки
2.7 Компоновка сечения балки

2.7.1 Высота балки
2.7.2 Толщина стенки балки
2.8 Работа стенки балки в области пластических деформаций
2.9 Напряжения сдвига в зоне контакта «стенка-пояс» и распределение нормальных предварительных напряжений по длине балки
на стадии изготовления
2.10 Жесткость балок предварительно, напряженных изгибом тавра
2.11 Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ БАЛОК, ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ИЗГИБОМ ТАВРА
3.1 Задачи исследования
3.2 Методика проведения численного эксперимента по расчету
балок, предварительно напряженных изгибом тавра
3.3 Методология экспериментального исследования предварительно напряженных балок
3.4 Оборудование и образцы для испытаний
3.5 Методика натурных испытаний
3.6 Анализ результатов натурных испытаний
3.6.1 Клееболтовые, балки марки «ВТ»
3.6.2 Исследование клееболтовых балок
3.6.3 Исследование тонкостенных сварных балок
3.7 Сравнительная оценка результатов численного эксперимента и натурных испытаний балок с теоретическими расчетами
3.8 Выводы по главе
ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА БАЛОК,
ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ИЗГИБОМ ТАВРА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В работе решаются задачи совершенствования существующих способов беззатяжечного предварительного напряжения тонкостенных стальных конструкций, обладающих повышенной несущей способностью, местной устойчивостью и жесткостью, с целью создания экономически эффективных балок, применяемых для строительства зданий различного назначения.
На сегодняшний день значение для России дальневосточного региона достаточно велико и будет возрастать в дальнейшем. В связи с этим строительная отрасль региона требует ускоренного развития. Однако строительство на Дальнем Востоке имеет свои особенности: продолжительная зима с низкими температурами воздуха, значительные снеговые нагрузки, вечная мерзлота, сильные порывистые ветры, тайфуны, высокая сейсмичность многих районов. Кроме того к отличительным особенностям региона следует отнести невысокий уровень развития транспортных коммуникаций. Все эти факторы ведут к значительному удорожанию строительства. В свою очередь эффективность использования новых металлических конструкций, имеющих небольшой собственный вес, а также повышенные характеристики несущей способности и жесткости, существенно выше, чем в центральных районах страны.
Применение предварительно напряженных тонкостенных стальных балок для строительства в северных районах Дальнего Востока, а также в районах с высокой сейсмической активностью, достаточно актуально и является важной научно-практической задачей.
Объектами исследований являются:
1. Стальные тонкостенные биметаллические предварительно напряженные балки.
2. Экспериментальные исследования стальных балок, предварительно напряженных изгибом тавра, с целью сопоставительного анализа полученных результатов с теоретическими выводами диссертации.

Зависимость коэффициента асимметрии двутавра (к) и коэффициентов распределения материала по поперечному сечению двутавра определяются выражениями:
у =л____Ь. и у ___Ук
к + 1 2 Г/п к +1 2 '
Момент инерции двутавра (1Х), моменты сопротивления крайней верхней точки сечения двутавра (IVи крайней нижней точки сечения двутавра (№/„) могут быть получены через коэффициент асимметрии двутавра в виде выражений:
А1Г 6к-уи,(к +1)2 _ АН 6к-у„{к +1)
* (к + 1)2 6 ’ * (к + 1)
_ Л/г 6к - у „(к +1)2 (к +1) 6к

Учитывая, что Ь = у^АЛ№ и выполняя оптимизацию выражения для ^ по параметру у» (дМУр!с1у„ - 0) находим, что оптимальное распределение материала по сечению стенки асимметричного двутавра определяется как
уор< 2к
(к + 1)2'
Исходя из условия, что материал верхнего и нижнего поясов из высокопрочной стали должен работать в одинаковых условиях, сделано допущение, что максимальные растягивающие напряжения в нижнем поясе должны быть равны РЯУ. Значение коэффициента /3 будет равно

где Яу — расчетное сопротивление высокопрочной стали; Яу - расчетное сопротивление малоуглеродистой стали.
На основании эпюры эксплуатационных напряжений (рис. 2.3в) устанавливаем, что коэффициент асимметрии сечения балки должен быть равен