Теоретические исследования напряжено-деформируемого состояния в составной балке

Рациональное использование строительных конструкций является ключом к снижению себестоимости зданий и сооружений. С целью разработки наиболее оптимальных сечений строительных конструкций на кафедре «Строительные конструкции» ведутся обширные исследования практического и теоретического характера [1], [2], [3]. Работы направленны как на получение экономического эффекта [4], так и для получения более эффективных конструкций [5]. Рассмотрим теоретические исследования напряжено-деформируемого состояния (НДС) в составной балке состоящей из уголков и металлической пластины.

Теоретические исследования проводились с целью:

1.      Получить картину и характер действительного напряжено-деформируемого состояния (НДС) в составной балке;

2.      Путем анализа напряженно деформированного состояния балки разработать оптимальную конструкцию составного сечения.

Расчет балки выполнен в программном комплексе SCAD v11.5, в качестве конечного элемента используется прямоугольный конечный элемент плиты 11 типа, модель построена в соответствии с расчетной схемой, показанной на рис 1.

При создании модели использовались следующие материалы: — металла Е_х=210000 МПа, μ=0,3

Рис.1. Балка, разбитая на сетку конечных элементов

В расчетной схеме присутствуют пластинчатые элементы, для которых напряжения выводятся вдоль осей, отличных от осей местной системы координат элементов.

Параметры образцов, подвергаемых теоретическому расчету, назначались, исходя из поставленных целей исследования и проведенных экспериментов [6].

Результаты расчетов представлены ниже в виде изополей напряжений s_x

Как видно из результатов расчетов, шаг расстановки болтов в составной балки существенно влияет на напряженно-деформированное состояние, так, при уменьшении шага расстановки болтов вдвое, с 500 до 250 мм, максимальные напряжения в стенке уменьшились на 59,8 %, ниже приведена сводная таблица напряжений в зависимости от шага

Таблица 1

Таблица напряжений в зависимости от шага

Как видно из изополей и таблицы 1, максимальные напряжения в стенке возникают в местах закрепления балок, а в местах стыковки стенки и уголка напряжения имеют большую концентрацию и с увеличением шага эта концентрация уменьшается как бы размываясь по поверхности стенки. Ниже представлены изополя напряжений в месте стыкования стенки и уголка.

Таблица 2

Изополя напряжений в месте стыкования стенки и уголка

Теоретические исследования позволяют существенно снизить время проведения, и повысить точность экспериментальной части исследования. Хотя, стоит отметить, что использования более современных программных комплексов дали бы ещё больший эффект [7], [8]. Данная проблема будет рассмотрена в следующих статьях.

Литература:

1.                  Нежданов К. К., Кузьмишкин А. А., Гарькин И. Н., Курткезов Д. Х. Быстро сооружаемая подкрановая балка с высоким техническим ресурсом эксплуатации // Современные проблемы науки и образования. — 2014. — № 3; URL: http://www.science-education.ru/117–13115 (дата обращения: 16.05.2014).

2.                  Нежданов К. К., Гарькин И. Н. Способ проката двутаврового профиля сечения из низколегированной стали // Строительная механика и расчёт сооружений.: № 4 -2011,с.51–55 Москва ЦНИСК им.Курчеренко

3.                  Нежданов К. К., Железняков Л. А., Гарькин И. Н. Эффективный способ проката уголкового профиля// Строительная механика и расчёт сооружений.: № 1–2014,с.71–75 Москва ЦНИСК им.Курчеренко

4.                  Кузьмишкин А. А., Гарькин И. Н. Меры по снижению стоимости стальных подкрановых балок//Альманах современной науки и образования. 2013. № 11 (78). С. 93–95.

5.                  Нежданов К. К., Нежданов А. К., Гарькин И. Н. Способ проката профиля двутаврого сечения из низколегированной стали Патент РФ № 2486972, опубликовано 10.07.2013

6.                  Кузьмишкин А. А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Выносливость металлических подкрановых конструкций при тяжелом режиме циклических нагружений. — Пенза, 2006. — 187с.

7.                  Арискин М. В., Гуляев Д. В., Гарькин И. Н., Родина Е. В. Экономическая эффективность проектирования в комплексе Аllplan по сравнению с существующими CAD-системами [Текст] // Молодой ученый. — 2013. — № 5. — С. 32–35.

8.                  Арискин М. В., Гуляев Д. В., Гарькин И. Н., Агеева И. Ю. Современные тенденции развития проектирования в строительстве [Текст] / М. В. Арискин [и др.] // Молодой ученый. — 2012. — № 10. — С. 31–33.