Несущая способность винтовых и заклепочных соединений стальных тонкостенных конструкций

• Автор: Катранов, Иван Георгиевич
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 202 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Область применения легких стальных тонкостенных конструкций ЛСТК в строительстве

1.2 Основные типы узлов ЛСТК

1.3 Изготовление холодногнутых профилей из оцинкованной стали для ЛСТК

1.4 Тины крепежных элементов в соединениях ЛСТК

1.4.1 Вытяжные заклепки в соединениях ЛСТК

1.4.2 Винты в соединениях ЛСТК

1.5 Анализ исследований болтовых соединений тонкостенных конструкций

1.6 Анализ исследований заклепочных и винтовых соединений тонкостенных конструкций

1.7 Цели и задачи диссертационной работы

Глава 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ ЗАКЛЕПОЧНЫХ И ВИНТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЛСТК
2.1 Типы отказов соединений ЛСТК
2.2 Задачи и программа экспериментальных исследований соединений ЛСТК
2.3 Методика испытаний соединений ЛСТК
2.4 Механические характеристики стали испытываемых образцов
2.5 Результаты 1го этапа испытаний соединений на вытяжных заклепках и винтах на срез и растяжение
2.6 Анализ результатов 1го этапа экспериментальных исследований
2.6.1 Анализ результатов испытаний соединений на вытяжных заклепках и самосверлящих самонарезающих винтах при работе на срез
2.6.2 Анализ результатов испытаний соединений на вытяжных заклепках увеличенного диаметра и усиленных вытяжных заклепках при работе на срез
2.6.3 Анализ результатов испытаний соединений на вытяжных заклепках и самосверлящих самонарезающих винтах при работе на растяжение
2.6.4 Анализ результатов испытаний соединений на специальных типах самосверлящих самонарезающих винтов
2.7 Задачи и программа 2го этапа экспериментальных исследований соединений ЛСТК
2.8 Результаты 2го этапа испытаний соединений на самосверлящих самонарезающих винтах на срез и растяжение
2.9 Анализ результатов 2го этапа экспериментальных исследований
2. Математическая обработка результатов экспериментальных исследований
2. Выводы
Глава 3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА СОЕДИНЕНИЙ ЛСТК НА ВЫТЯЖНЫХ ЗАКЛЕПКАХ И САМОСВЕРЛЯЩИХ САМОНАРЕЗАЮЩИХ ВИНТАХ
3.1 Положения по расчет соединений на вытяжных заклепках и самосверлящих самонарезающих винтах
3.2 Сравнение результатов расчета и эксперимента
3.3 Вычисление коэффициентов надежности по материалу
3.4 Соотношение толщины скрепляемого материала и диметра крепежного элемента соединения
3.5 Влияние типа винтового соединения на его несущую способность нахлесточное, двухсрезное
3.6 Несущая способность многовинтового соединения и характер расположения крепежных элементов
3.7 Влияние шага резьбы винта на выдергивание винта из базового материала, при работе винтового соединения на растяжение
3.8 Выводы
Глава 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРОГРАММНОМ РАСЧЕТНОМ КОМПЛЕКСЕ ВИНТОВОГО СОЕДИНЕНИЯ,
РАБОТАЮЩЕГО НА СРЕЗ
4.1 Методы моделирования винтовых соединений
4.2 Постановка задачи моделирования винтового соединения
4.3 Проверочный расчет стали на растяжение
4.4 Расчет винтового соединения
4.5 Выводы и рекомендации по результатам численного моделирования винтового соединения
Глава 5. РАБОТА ВИНТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА СРЕЗ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
5.1 Методика испытания и испытательное оборудование
5.2 Результаты циклических испытаний винтовых соединений ЛСТК при работе на срез
5.3 Анализ работы винтовых соединений ЛСТК при циклическом нагружении
5.4 Выводы
Глава 6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРАКТИКЕ ИСПЫТАНИЯ, ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА ЛСТК
6.1 Рекомендации для проведения сертификационных испытаний заклепочных и винтовых соединений ЛСТК на срез и растяжение
6.1.1 Методы отбора образцов
6.2 Испытательное оборудование и аппаратура
6.3 Подготовка к испытанию
6.4 Проведение испытаний и обработка результатов
6.5 Инженерная методика расчета заклепочных и винтовых соединений ЛСТК на срез и растяжение
6.6 Рекомендации по подбору крепежных элементов и монтажу соединений ЛСТК на вытяжных заклепках и самосверлящих
сам он арезающих винтах
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
Возможные направления дальнейших исследований по настоящей тематике
Библиографический список
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Справки о внедрении Патент на полезную модель
ВВЕДЕНИЕ
В соответствии с уровнем социального, промышленного и экономического развития современной России, а также в соответствии с действующими приоритетными национальными проектами Доступное и комфортное жилье, Развитие агропромышленного комплекса и проектом Энергоэффективность, существует потребность в проектировании и строительстве качественных, энергоэффективных и экономичных жилых, промышленных и общественных зданий и сооружений на всей территории России.
Наряду с развитием, металлических конструкций из горячекатаных сортовых профилей и листового проката, а также элементов конструкций составных сечений, в последнее время, в отечественной практике строительства значительно увеличилось применение тонкостенных гнутых профилей из оцинкованной стали, использующихся в качестве несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений различного назначения. Годовой выпуск таких конструкций приближается к 1 млн. т, что свидетельствует о создании в России новой отрасли строительной индустрии, включающей разработку, исследование, проектирование, изготовление и монтаж легких стальных тонкостенных конструкций ЛСТК из гнутых профилей.
Конструкции из тонкостенных оцинкованных профилей обладают рядом существенных преимуществ. При небольшой металлоемкости, существует возможность изготавливать профили эффективной геометрии, обеспечивая при этом достаточную жесткость сечения. Оцинкованное покрытие стального листа, из которого изготавливаются профили, предохраняет сталь от коррозии и воздействий окружающей среды, обеспечивая необходимую долговечность. Небольшая масса элементов конструкций, а также применение специальных типов крепежа предопределяют простоту и высокую скорость монтажа без применения дорогостоящего кранового оборудования и значительных энергозатрат. Кроме того, небольшие масса и энергоемкость оборудования для изготовления профилей, позволяет осуществлять его
транспортировку и быстрое развертывание производства в отдаленных районах, в том числе при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.
История применения в строительстве ЛСТК в Европе, США и Канаде насчитывает около ти лет. Из легких стальных тонкостенных конструкций возводят здания и сооружения различного назначения, широко используют при реконструкции. Постепенно ЛСТК выходят и на отечественный рынок, учитывая большой накопленный опыт проектирования и строительства зданий и сооружений из металла в нашей стране.
Одной из причин, сдерживающих развитие этой отрасли, является недостаточное развитие в России нормативной базы для расчета и проектирования ЛСТК. 1 При этом тонкостенные конструкции из гнутых профилей, изготовленные из оцинкованного листа с толщинами до 2 мм, обладают рядом особенностей, учет которых необходим при проектировании.
Существенным отличием ЛСТК, является применение специальных типов крепежа для соединения профилей, в основном вытяжных заклепок и самосверлящих самонарезающих винтов. Особенности и специфика работы этих соединений требует детального исследования. В отечественных нормативных документах и рекомендациях методика расчета соединений ЛСТК на вытяжных заклепках и самосверлящих самонарезющих винтах практически отсутствует. В Европейских нормах , предлагается инженерная методика расчета подобных соединений, однако е применение в условиях нашей страны, ограничено различием стандартов производства и системы контроля качества в строительстве.
В связи с гармонизацией российской и европейской систем нормирования и действующим законом о техническом регулировании , существует необходимость в разработке обоснованной инженерной методики для расчета соединений ЛСТК, рекомендуемой впоследствии к включению в Национальный стандарт по проектированию и расчету легких стальных тонкостенных конструкций, что в целом, позволит повысить эффективность и уровень безопасности строительства.
Актуальность


По результатам анализа проектной документации, а также электронных материалов в сети Интернет, выявлено, что наибольшее распространение имеют широкополочные профили швеллерного, Собразного, 2образного, образного, корытного типа, а также профилированные листы с различной геометрией волны. Изготовление холодногнутых профилей из оцинкованной стали для
Одним из достоинств гнутых профилей из оцинкованной тонколистовой стали является возможность получать сечения разнообразной формы. Зарубежный опыт 5 свидетельствует о широких возможностях создания высокоэффективных конструкций из тонкостенных гнутых профилей, благодаря широкому использованию резервов закритической работы тонкостенных профильных элементов. Полумеханизированный процесс, в котором изгиб профиля осуществляется в кромкогибочных устройствах, штампах и инструментальных фильерах. Производственные возможности этого способа ограничены низкой производительностью и относительно малой длиной элемента. Полностью механизированный процесс, в котором протяжка полосы или ленты оцинкованного листа происходит через последовательно установленные пары роликов профилегибочного стана. Каждая пара роликов последовательно придает материалу необходимую форму. Также описанный метод изготовления называется методом интенсивного деформирования МИД. С помощью МИД возможно изготовление профилей из листов с толщинами от 0,5 до 4 мм. При этом скорость профилирования от 6 до м. Также основными преимуществами метода являются возможность использования компактного, транспортабельного оборудования, имеющего малое энергопотребление, малые габариты и невысокую стоимость возможность совмещения профилирования с другими производственными процессами правка, отрезка, гибка по контуру возможность полной автоматизации производственных линий. Этот способ высокотехнологичен и получил широкое применение. Широко известны профилировочные станы и автоматизированные линии профилирования фирм , i Германия, I, i США, Канада, i Финляндия, а также УкрНИИМет Украина, АльтаТранс, Уляновский НИ АТ, Аркада Россия. Рис. Автоматизированная линия по производству гнутых профилей. Соединение тонкостенных холодногнутых профилей из оцинкованной стали возможно с помощью различных типов крепежных элементов. ЛСТК. В зарубежной литературе часто фигурирует обозначение механический крепеж, обобщающее подобные типы крепежных элементов. Таблица 1. Обзор типов крепежных элементов, применяемых в ЛСТК. Вытяжные заклепки о1 3. Пневматические монтажные дюбели г 3. Пресс соединения Розе г т X
Ограничение в применении сварки в легких металлоконструкциях обусловлено применением высокопрочных сталей и оцинкованного покрытия профилей, а также, высокими энергозатратами, дефицитом квалифицированных сварщиков и необходимостью в физических методах контроля качества сварных швов. Применение монтажных дюбелей для пороховых и пневматических монтажных пистолетов, при соединении элементов ЛСТК отличает высокая скорость монтажа, особенно при использовании ленточной подачи патронов и дюбелей, однако при этом необходима высокая квалификация монтажника и соблюдение специальных мер техники безопасности. Также необходимо отметить, что стоимость монтажного дюбеля и патрона выше стоимости винтов и вытяжных заклепок. Существенным недостатком применения монтажных дюбелей, является невозможность обеспечения прочного соединения тонколистового материала с базовым листом толщиной менее 2 мм. Применение пуклевочных соединений, пресс соединений и соединений типа Розетт, при которых соединение образуется посредством продавливания с последующей развальцовкой стального листа соединяемых деталей , целесообразно в условиях соединения элементов каркаса на заводе по производству готовых комплектов металлоконструкций, с последующей укрупнительной сборкой на строительной площадке с помощью других типов соединений. Подобные типы соединений отличает невысокая стоимость, однако выполнение этих соединений в условиях стройплощадки и на высоте невозможно. Соединения тонкостенных холодногнутых профилей ЛСТК из оцинкованной стали на вытяжных заклепках и самосверлящих самонарезающих и самонарезающих винтах получили наибольшее распространение.