Несущая способность стальных двутавровых балок при изгибе и кручении с учетом пластической работы материала

• Автор: Прокич, Милан
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДВАНИЯ
1.1. Теория упругого кручения
1.2. Работа тонкостенных стержней открытого профиля при действии крутящего момента
1.3. Методы расчета тонкостенных стержней при стесненном кручении
1.4. Работа тонкостенных стержней открытого профиля при совместном действии изгиба и кручения
1.5. Выводы по главе
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДВУТАВРОВЫХ БАЛОК ПРИ СТЕСНЕННОМ КРУЧЕНИИ И ИЗГИБЕ С УЧЕТОМ ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ
2.1. Стесненное кручение балок симметричного двутаврового профиля
2.2. Стесненное кручение балок несимметричного двутаврового профиля
2.3. Работа балок симметричного двутаврового профиля при действии изгибающего момента и бимомента
2.4. Исследование сходимости численных результатов в зависимости от сетки разбиения на конечные элементы и способа задания диаграммы работы материала
2.5. Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СИММЕТРИЧНЫХ ДВУТАВРОВЫХ БАЛОК ПРИ ИЗГИБЕ И СТЕСНЁННОМ КРУЧЕР1ИИ
3.1. Экспериментальная модель для определения несущей способности симметричных двутавровых балок при изгибе и кручении
3.2. Методика проведения эксперимента
3.3. Работа двутавровой балки при изгибе и стеснённом кручении
3.4. Сопоставление экспериментальных и численных методов анализа поведения двутавровой балки при изгибе и кручении
3.5. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДВУТАВРОВЫХ БАЛОК ПРИ ИЗГИБЕ И СТЕСНЕННОМ КРУЧЕНИИ
4.1. Конечно-элементная модель для исследования несущей способности двутавровых балок при изгибе и стесненном кручении
4.2. Результаты численного расчета и сопоставление их с теоретическим исследованием
4.3. Применение численных методов для определения несущей способности испытуемых образцов и сравнение с данными эксперимента
4.4. Инженерная методика расчета балок двутаврового профиля при действии изгиба и кручения
4.5. Сравнение величин предельных нагрузок, полученных экспериментально, с нагрузками, полученными на основании существующей и предложенной методик расчета
4.6. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение А. Справка о внедрении результатов диссертации
Приложение Б. Документы об апробации работы
ВВЕДЕНИЕ
Тонкостенные стальные стержни открытого профиля широко используются в качестве несущих элементов строительных конструкций. При загружении конструкций такие стержни могут закручиваться. Кручение тонкостенного стержня открытого профиля при стеснении депланации сечения ведет к появлению дополнительных нормальных напряжений, которые могут достигать больших значений. Исследования несущей способности стержней при стесненном кручении проводились только для ряда отдельных случаев и в основном в упругой стадии работы материала.
Актуальность темы исследования. Практика проектирования и эксплуатации стальных конструкций показывает, что за счёт развития пластических деформаций можно повысить несущую способность стержня при действии продольной силы и изгибающих моментов. Для симметричных двутавровых профилей хорошо изучена работа при действии изгибающего момента и развитии пластических деформаций, вплоть до образования пластического шарнира. В российских строительных нормах даны рекомендации по расчёту двутавровых балок на изгиб в пластической стадии работы стали. Учёт пластических деформаций, введением соответствующего коэффициента, согласно действующим нормам по проектированию, позволяет до 19% увеличить несущую способность двутаврового профиля [70]. Для изгибно-крутильного бимомента, возникающего при стесненном кручении, прочность определяется без учёта развития пластических деформаций.
При совместном действии изгибающего момента и бимомента переход в пластическую стадию работы происходит раньше, чем при изгибе, поскольку на некоторых участках сечения, нормальные секториальные напряжения от бимомента суммируются с нормальными напряжениями от изгиба. В связи с этим, исследование несущей способности двутавровых балок при такой работе, с учетом развития пластических деформаций материала является актуальным.

статье используется конечно-элементная модель искривленной балки, расчёты выполнялся с учётом геометрической и физической нелинейности. Установлено что при небольшой кривизне, изгиб преобладает, и нелинейная работа похожа на нелинейную потерю общей устойчивости прямолинейной балки. Однако если начальная кривизна большая, стесненное кручение вносит значительный вклад и нелинейная работа начинается раньше и в этом случае заметно отличается от общей потери устойчивости прямолинейной балки.
В своих работах [100, 101], авторы предложили методику расчета
тонкостенных стержней по изгибно-крутильной форме потери устойчивости, в случае действия сжимающей силы и в случае действия изгибающего момента. На основании теоретического и численного анализа, представлена методика, которая может быть применена в европейских нормах и учитывает влияние начальных несовершенств на форму потери устойчивости.
Работы Andjelic N. [102, 103], посвящены оптимизации стержня двутаврового профиля при сложном загружнии. Рассмотрен общий случаи действия изгибающих моментов в двух плоскостях, крутящего момента и бимомента. Оптимизация на основании минимальной массы, т.е. площади поперечного сечения, с учетом сложного загружения, материала и геометрических характеристик. Полученные результаты использованы в численных расчетах.
Соловьёв A.B. исследовал работу тонкостенных стержней при стесненном кручении в упругой стадии работы и с учетом ограниченных упругопластических деформаций [67, 69]. Автором проведены экспериментальные исследования шарнирно опертых двутавровых балок (прокатная балка профиля №20 и сварная балка несимметричного двутаврового профиля) длиной 3.5 м, загруженных сосредоточенными силами, приложенными с эксцентриситетом [68]. В одном из вариантов прокатная балка была предварительно напряжена, а испытания сварной балки проведены при действии нагрузки, как в районе поперечных ребер, так и между ними. Автором отмечается, что в меньшей полке несимметричного двутавра возможно появление пластических деформаций в области размером 5%