Gasenko, A. V.

Goods, S. A.

Гасенк, А. В.

Гудзь, С. А.

Electronic archive of Ternopil National Ivan Puluj Technical University

Матеріали VІ Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених та студентів.  Актуальні задачі сучасних технологій – Тернопіль 16-17 листопада 2017.  77 УДК 624.072.2.014.2-413 С.А. Гудзь канд. техн. наук, доц., А.В. Гасенко канд. техн. наук, доц. Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка, Україна  ЗБЕРЕЖЕННЯ СТІЙКОСТІ СТАЛЕВИХ БАЛОК ПОКРИТТЯ ЗА РАХУНОК ЖОРСТКОСТІ ПРИЄДНАНИХ КОНСТРУКЦІЙ  S.A. Goods Ph.D., Assoc. Prof., A.V. Gasenko Ph.D., Assoc. Prof. STABILITY SAVING OF STEEL ROOF BEAMS BY STIFFNESS OF CONNECTED CONSTRUCTIONS  Проведемо аналіз і намітимо шляхи вирішення проблеми визначення несучої зда-тності сталевих балок, що схильні до втрати загальної стійкості. Рівна двотаврова бал-ка, що згинається в площині стінки, може відмовити внаслідок втрати нею загальної стійкості. При досягненні навантаженням критичного значення така балка починає за-кручуватись і виходити з площини згину. Розрахунок на стійкість, що міститься в нор-мах, ураховує експлуатаційні геометричні недосконалості реальної балки у вигляді по-чаткових викривлень у площині найменшої жорсткості введенням додаткового коефіці-єнту. Схильність балки до нестабільності виникає внаслідок недостатнього розкріплен-ня стиснутого пояса балки приєднаними конструкціями, до яких віднесено: монолітні та збірні залізобетонні плити; сталевий плоский і профільований настил, сандвіч-панелі й інші огороджувальні конструкції; прогони, балки настилу та інші другорядні балки; дискретні в’язі (горизонтальні хрестові в’язі, тяжі). Перші два типи конструкцій можна віднести до континуальних в’язей, інші два належать до дискретних. Ці конструкції зменшують розрахункову довжину балки та підвищують її загальну стійкість. Також стабілізація балок може відбуватись за рахунок заходів із влаштування конструктивних деталей: плоских і об’ємних ребер жорсткості, виступів балок у приопорних ділянках і примикання колон у місцях обпирання. В’язі різного роду можуть не тільки виконувати свою безпосередню функцію, але й ефективно використовуватися для закріплення ста-левих балок з метою уникнення закручування та втрати стійкості, таким чином змен-шуючи ступінь використання перерізу і витрати сталі. Закручування статично визнач-них балок не відбувається, якщо зсувної жорсткості в’язей достатньо для забезпечення повного закріплення стиснутого пояса балки від поперечних зміщень. У всіх інших ви-падках необхідно перевіряти розрахунком достатню крутильну жорсткість в’язей. Бал-ка вважається достатньо розкріпленою від кручення, якщо наявна крутильна жорсткість конструкцій, що її розкріплюють, більша від потрібної (умова BB.3 EN 1993-1-1), або спрощено при дискретному боковому розкріпленні стиснутого поясу повинна викону-ватись умова 6.59 EN 1993-1-1 або умова 9.30 ДБН В.2.6-198:2014. При дотриманні вимог нормативного документа [1, п. 9.4.4] стійкість балки дво-таврового перерізу, що згинається у площині стінки або у двох площинах, зазвичай не перевіряється. В інших випадках, при недостатньому закріпленні стиснутого пояса, по-трібно виконати розрахунок стійкості балки за формулою з коефіцієнтом стійкості при згині. Проте вплив жорсткості в’язей на підвищення стійкості балки в українських но-рмах ніяк не відображено. Тому розроблення методів урахування жорсткості в’язей при розрахунку сталевих балок є актуальною науково-технічною проблемою. Якщо в’язі жорстко приєднані до верхнього пояса, то вони перешкоджають за-кручуванню і втраті стійкості балки за згинально-крутильною формою. Згідно з євро-пейськими нормами [2] розрахунок стійкості балки, який полягає у визначенні критич-ного згинального моменту, при дії поздовжнього стискувального зусилля, що не пере-Матеріали VІ Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених та студентів.  Актуальні задачі сучасних технологій – Тернопіль 16-17 листопада 2017.  78 вищує 10% критичної сили, виконувати не потрібно за наявності достатньої крутильної жорсткості в’язей. Для цього слід спочатку визначити зсувну жорсткість в’язей і порів-няти її з потрібною. Вільна вісь обертання балки приймається, коли наявна зсувна жор-сткість в’язей, менша від потрібної. При достатній зсувній жорсткості вважається, що стиснутий пояс повністю закріплений від поперечних зміщень і вісь обертання, котру в цьому випадку називають зв’язаною (обмеженою), проходить по верху балки. Щоб ви-значити умовну гнучкість для втрати стійкості за поперечно-крутильною формою, за-лежно від якої встановлюється знижувальний коефіцієнт стійкості при згині за євро-пейськими нормами, потрібно знати критичний момент втрати стійкості плоскої форми згину в пружній стадії (Mcr, інша назва – умовний критичний згинально-крутильний момент). Його значення для шарнірно опертої по кінцях двотаврової балки, завантаже-ної рівномірно розподіленим навантаженням, може бути встановлене згідно з націона-льним додатком National Application Document (NAD) до EN 1993-1-1. В інших випад-ках критичний момент рекомендується визначати чисельно за допомогою моделюван-ня. Для шарнірно опертого по кінцях стержня, завантаженого рівномірно розподіленим навантаженням і опорними згинальними моментами, існує методика визначення крити-чного моменту (Mcr), яку наведено в п. 6.6 роботи [3]. За таких умов і при різних грани-чних умовах і видах навантажень рекомендується використання спеціальної безкошто-вної програми LTBeam (вона може бути вільно завантажена із сайту: http://www.cticm.com). Критичний момент потрібен для розрахунку недостатньо роз-кріплених згинних сталевих двотаврових елементів за поперечно-крутильною формою втрати стійкості (англ. – lateral torsional buckling). Окрім цього, інколи доцільно враху-вати крутильну і/або зсувну жорсткість конструкцій, що дискретно чи континуально розкріплюють стиснутий пояс балки в більшості практичних випадків і зменшують де-формації його зміщення [4, 5]. Врахування заокруглень у місці примикання полички до стінки дозволяє суттєво збільшити значення моменту інерції при вільному крученні, необхідного для розрахунків. Його теж можна визначити в поширеній комп’ютерній програмі LTBeam. Формулу для визначення критичного моменту з урахуванням зсувної (крутильної) жорсткості можна вивести, використовуючи наближений спосіб розв’язання задачі для однопролітної балки, завантаженої рівномірно розподіленим на-вантаженням без опорних згинальних моментів, з шарнірними опорами у формі вил. Критичне навантаження може бути знайдене при використанні умови рівності нулю сумарної елементарної віртуальної роботи на основі принципу можливих переміщень (енергетичного методу) з введенням виразів, що задовольняють граничні умови при шарнірному обпиранні. Знаючи критичний момент для врахування зсувної жорсткості, можна уточнити формулу (Н.3) ДБН [1] для визначення коефіцієнта стійкості при згині. Література 1. ДБН В.2.6-198:2014. Конструкції будівель і споруд. Сталеві конструкції. Норми прое-ктування / Остаточна редакція. Видання офіційне. – Надано чинності з 1 січня 2015 р. – К.: Мі-нрегіонбуд України, 2014. – 199 с. 2. ДСТУ-Н Б EN 1993-1-1:2010. Єврокод 3: Проектування сталевих конструкцій. Частина 1-1. Загальні правила і правила для споруд.  – К.: Мінбуд України, 2011. – 150 с. 3. Kindmann, R.: Stahlbau, Teil 2: Stabilität und Theorie II. Ordnung. 4. Auﬂage, Berlin: Ernst & Sohn, 2008. – 429 s. 4. Kuhlmann, U.: Stahlbau-Kalender 2009: Schwerpunkt – Stabilität, Berlin: Ernst & Sohn, 2009. – 1032 s. 5. Wagenknecht, G. Stahlbau-Praxis nach Eurocode 3: Band 1 Tragwerksplanung, Grundlagen, Berlin: Beuth Verlag GmbH, 2011. – 396 s. 

Stability saving of steel roof beams by stiffness of connected constructions

http://elartu.tntu.edu.ua/bitstream/lib/22842/2/CAZST_2017vI_Goods_S_A-Stability_saving_of_steel_77-78.pdf

Stability saving of steel roof beams by stiffness of connected constructions

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Ternopil National Ivan Puluj Technical University