CC BY
1ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 631.234
ЭКОНОМИЧНЫЕ СТАЛЬНЫЕ ПРОФИЛИ АРОЧНЫХ ТЕПЛИЦ
Боженов А.Г., Кулешова Ю.А., Нгоян М.Э., бакалавры 3 курса направления подготовки 08.03.01 Строительство. Научный руководитель: к.т.н., доцент Блажнов А. А. ФГБОУ ВО Орловский ГАУ
АННОТАЦИЯ
Арки теплиц предусматриваются из различных профилей, в основном корытного сечения, прямоугольных и квадратных труб. Задача исследования предусматривала определение рационального вида арочного профиля и оптимальных параметров его сечения применительно к напряжённому состоянию арки. Установлено, что по расходу стали наиболее экономичны арки из прямоугольных труб. Выведены зависимости для назначения рациональных параметров сечения профилируемых труб.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Арочная теплица, стальные профили, рациональное сечение профиля. ABSTRACT
Greenhouse arches are made from various profiles, mainly trough section, rectangular and square pipes. The research objective involved determining the rational type of the arched profile and the optimal parameters of its cross-section in relation to the stressed state of the arch. It has been established that in terms of steel consumption, arches made of rectangular pipes are the most economical. Dependencies for assigning rational parameters for the section of profiled pipes are derived.
KEYWORDS
Arched greenhouse, steel profiles, rational profile section.
Введение. Поликарбонатные арочные теплицы различной площади широко используются в малых формах хозяйствования и в промышленных целях для выращивания различных сельскохозяйственных культур. Так, для строительства при крупных предприятиях и в фермерских хозяйствах рекомендована номенклатура площадей овощных теплиц от 500 м2 до 10 га [1]. Поставка и монтаж металлоконструкций одно- и многопролётных теплиц осуществляется рядом производств. Предлагаемая ширина однопролётных теплиц, на основе конструкций которых компонуются многопролётные сооружения, изменяется от 4 до 20м, длина может достигать 200 и более метров [2-5].
Затраты на теплицы можно несколько снизить выбором рациональной конструктивной формы сооружения (при этом сокращаются расходы на ограждающие конструкции и отопление [6-7]) и использованием экономичных профилей, геометрические характеристики которых наиболее соответствуют их напряжённо-деформированному состоянию при эксплуатации сооружения.
В арках отечественных теплиц с поликарбонатной кровлей обычно используются следующие стальные профили [8-9]: так называемые корытные профили (или омега -профили), изготавливаемые по ГОСТ 8283-93 или стандартам предприятия (рис. 1а); трубы прямоугольного или квадратного сечения (рис. 1е); круглые трубы. Указанные профили также используются в строительных решениях гражданских и производственных объектов.
В период эксплуатации теплицы нагруженный пояс арки находится в состоянии сжатия с изгибом, характеризуемого формулой
* = - + * (1)
р' 4 '
где М - изгибающий момент; W - момент сопротивления сечения; N - продольная сила; Р - площадь сечения профиля.
Ь/2 Ь/2
У
4=
Ь/2 Ь/2
У
I ^
У
У
а)
б)
в)
Рисунок 1 - Профили для арок поликарбонатных теплиц: а) - корытный, б) - оптимизируемые Т - образные профили, в) - прямоугольная или квадратная труба
Как следует из (1), напряжения в сечении арки существенно зависят от момента сопротивления W и с точки зрения экономии стали наиболее рациональным будет такое сечение, у которого при равной площади Р с другими аналогичными сечениями момент сопротивления будет наибольшим.
Задача исследования исходя из этого вывода была сформулирована следующим образом: рассмотреть используемые в арках виды профилей, для определённой площади сечения профиля Р обосновать соответствующие максимальному значению момента сопротивления сечения W его параметры (ширину, высоту) и провести сравнение профилей по эффективности.
Методика исследования предусматривала аналитическое решение задачи.
Результаты исследования. Корытные профили изготавливают способом профилирования. Одним из стандартных профилей массового производства является корытный профиль 50х50х25 со следующими параметрами: высота (Л) - 50мм, ширина (Ь) - 50 мм, ширина полок (Ь/2) - по 25 мм, толщина (¿) изменяется от 0,7 до 2,0 мм [8]. На примере приведенного профиля рассмотрим возможность определения его размеров, соответствующих максимальному моменту сопротивления сечения Wx. Для обоснования рациональных параметров профиля необходимо учесть ширину стальной полосы (/), из которой будет изготавливаться профиль на рис. 1а.
Корытное сечение (рис.1 а) является симметричным относительно оси у - у и его можно рассматривать как состоящее из двух Т - образных профилей (рис.1б). Тогда момент сопротивления корытного сечения будет равен
^ = 2 ЙтЬ4! ■ (2)
где 1х - момент инерции одного Т - образного профиля.
/*« ™ ф2~ ^ + (3)
В формуле (3) не учтены моменты инерции относительно собственных осей горизонтальных элементов сечения ввиду их малости.
Сумма двух полок и высоты Т - образного профиля (рис.1 б) равна половине ширины (/) исходной стальной полосы
Ь , Ь , . I , I , , л\
2+ 2 + 2 ' откуда Ь « 2 (4)
Подставим полученное выражение для Ь в формулу (3) и после преобразований получим
, т2 л 2НЛ /с.
Т (2 — Т^ (5)
Тогда момент сопротивления корытного профиля (2) будет равен
~ — - — (6)
х к 2 3 4 '
Найдём первую производную от ШК по Л и приравняв её нулю, получим
ашх и аШ . 31
—- =---= 0 , к* — (7)
йк 2 3 8 4 '
Вторая производная меньше нуля: ^г = — у <0
Следовательно, высота Л по выражению (7) соответствует максимальному моменту сопротивления гнутого корытного профиля. Ширина этого профиля
- — к* ® - (8)
28
Сравним момент сопротивления вышерассмотренного корытного профиля 50х50х25х2мм ^х = 5,3см3, ширина исходной полосы для профилирования 19,6см) с вычисленным значением для профиля 76х27х14х2мм (^х = 5,7см3), параметры которого определены на основании выведенных зависимостей (7) и (8) для такой же ширины профилируемой полосы. Из соотношения 5,7/5,3 = 1,075 следует, что выведенные зависимости для ширины и высоты корытного профиля позволяют примерно на 7% увеличить момент сопротивления сечения и несколько снизить расход стали на изгибаемые и внецентренно сжатые элементы из этих профилей.
Обобщая вышеизложенное, отметим, что для обеспечения максимального момента сопротивления сечения гнутого корытного профиля его высота должна равняться 3/8 ширины исходной полосы для профилирования, а ширина (без отгибов) -1/8 ширины полосы.
В поясах арок теплиц в зависимости от нагрузки применяются прямоугольные и квадратные трубы с размерами стенок от 20 до 90мм и толщиной 1-2 мм [2-5,9]. Трубы представляют собой гнутозамкнутые сварные профили или изготовленные посредством деформирования круглых труб. Момент сопротивления Ш такого профиля (рис.1 в) можно представить в виде следующей зависимости.
И^=2г, (9)
где 1х - осевой момент инерции профиля.
(10)
Периметр среднего слоя профиля равен
Б = 2Ь + 2к, откуда ъ=2 — к (11)
Подставив выражение (11) в (10), получим
^'-кг(2—к+3)-'-кг(2—2к) <12)
Момент сопротивления профиля
2 Ш2 /5 2к\ /5 2к\
^Г-Ь-тИЧ2 —т) (13)
Продифференцируем Ш по Л
dWx tS 4th ~dh = ~2_~
Приравняв производную нулю, определим
h = у (14)
d2Wx = _4£ < 0 dh2 3 '
следовательно, установленная высота профиля h соответствует Wxmax.
Подставив (14) в (11), получим рациональное значение ширины прямоугольного профиля
b= S (15)
На основании выведенных зависимостей (14) и (15) в качестве примера определены рациональные параметры прямоугольной трубы с периметром среднего слоя S =192 мм и толщиной стенки t = 2мм: высота по наружным граням 74мм, ширина 26мм, Wx = 6,7 см3. Сравнение со стандартными профилями с такой же длиной среднего слоя показало, что у квадратной трубы 50х50х2 W = 5,66 см3 (-16%), прямоугольной трубы 60х40х2 Wx = 6,14 см3 (- 9%), круглой трубы 63,5х2 W = 5,94 см3 (-11%).
Таким образом, максимальному моменту сопротивления относительно горизонтальной оси будет соответствовать сечение прямоугольной трубы высотой равной 3/8 ширины исходной профилируемой полосы (или 3/8 длины окружности среднего слоя круглой деформируемой трубы) и шириной равной 1/8 указанных величин.
Вывод. В исследовании рассматривались стальные профили с равной шириной и толщиной исходного материала для профилирования. На основании полученных результатов можно сделать следующий вывод: для поясов арок теплиц целесообразно использование прямоугольных труб с определением параметров их сечения по выведенным зависимостям. При равном расходе металла с корытными профилями, квадратными, прямоугольными и круглыми трубами момент сопротивления прямоугольных труб относительно горизонтальной оси превышает значения их моментов на 7-16%. Увеличение Wx позволяет несколько снизить расход стали при обеспечении устойчивости арок в вертикальной плоскости. Из плоскости конструкции устойчивость эксплуатируемых арок обеспечивается элементами покрытия (связями, прогонами, распорками).
Библиография:
1. Методические рекомендации по технологическому проектированию теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады РД-АПК1.10.09.01-14. М. : 2014, 103 с.
2. Фермерские теплицы из поликарбоната под ключ // URL: https://volga-teplica.ru (дата обращения 22.09.23).
3. Фермерские теплицы из поликарбоната // URL: https://master-teplic.ru (дата обращения 22.09.23).
4. Производство садовых теплиц и тепличных комплексов // URL: https://avadar.ru (дата обращения 19.12.2023).
5. Арочные теплицы // URL:https://www.zavod-garant.by (дата обращения 19.12.2023).
6. Блажнов А.А. Сравнительная оценка типов зимних теплиц для фермерских хозяйств // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2018. № 3(711). C. 7178.
7. Блажнов А.А., Фетисова М.А. Производственные сооружения для фермерских хозяйств: Монография. Орёл: ООО ПФ «Картуш», 2017. 132 с.
8. Геометрические характеристики омега - профилей. ПК «СТИЛПРОМ» // URL: https://pksteelprom.ru (дата обращения 19.12.2023).
9. Металлический профиль для теплицы в 5 категориях. URL: https://market.yandex.ru (дата обращения 19.12.2023).
УДК 678.8
ОБЗОР И АНАЛИЗ МАТЕРИАЛОВ КУЗОВОВ АВТОМОБИЛЕЙ
Коваливнич В.Д.1, старший преподаватель, Аносова А.И.1, к.т.н., доцент, Голубев Д.Н.2, старший преподаватель. 1ФГБОУ ВО Иркутский ГАУ 2ФГБОУ ВО «ИГУ»
АННОТАЦИЯ
Успешное функционирование агропромышленного комплекса на современном этапе его развития невозможно без мобильных транспортных средств. Известно, что одним из ключевых элементов автомобиля является его несущая часть, в частности, кузов. Это ключевая конструкция автомобиля по таким показателям как материалоемкость, в том числе стоимость и сложность изготовления, кроме того, он представляет собой наиболее ответственную его часть. Конструкция кузова, а также его параметры тесно коррелируют с эксплуатационными свойствами. На форму автомобиля решающее влияние оказывают его конструкция, в том числе компоновка и технология производства кузова. При этом создание новой формы требует изыскивать инновационные технологические приемы, включая новые материалы.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Агропромышленный комплекс, автомобили, конструкция кузова, новые материалы. ABSTRACT
The successful functioning of the agro-industrial complex at the present stage of its development is impossible without mobile vehicles. It is known that one of the key elements of a car is its load-bearing part, in particular, the body. This is the key design of the car in terms of such indicators as material consumption, including cost and manufacturing complexity, in addition, it represents its most critical part. The design of the body, as well as its parameters, closely correlate with performance properties. The shape of a car is decisively influenced by its design, including its layout, and also by body production technology. At the same time, creating a new form requires finding innovative technological methods, including new materials.
KEYWORDS
Agro-industrial complex, cars, body design, new materials.
Введение. Успешное функционирование агропромышленного комплекса на современном этапе его развития невозможно без мобильных транспортных средств успешная работа которых во многом коррелирует с новыми научно-техническими
