CC BY
172
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 6 / 2018.
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 624.072.2.046
А.А. Аль хетари, студент, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет E-mail: abdulsalam 120@hotmail. com
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ И РАСЧЕТА БАЛОК С ПЕРФОРИРОВАННОЙ СТЕНКОЙ
Аннотация
Данная статья посвящена: расчет эффективности перфорированных балок в сравнении со сплошными балками. В статье освещаются следующие вопросы: конструирование, особенности работы и расчета балок с перфорированной стенкой, а также приведен пример расчета на основе методики СП16.13330.2011, ГОСТ 26020-83 и СП20.13330.2011. Цель статьи: подбор поперечного сечения для балки настила, загруженного равномерно распределенной нагрузкой, из сплошных двутавров и двутавров с перфорированной стенкой. В заключении делаются выводы об эффективности данной балки.
Ключевые слова:
особенности расчета, перфорированные балки, сквозные двутавры, расчет балок.
Одним из самых важных факторов в строительстве, влияющих на конечную стоимость изделия, является себестоимость. В связи с этим инженеры всегда стремились к уменьшению себестоимости. В целях уменьшения себестоимости сначала ХХ века инженерами производится испытание изгибаемых элементов. В результате проведенных экспериментов инженеры пришли к выводу, что целесообразно из прокатных сплошных двутавров проектировать балки с перфорированной стенкой. Стенка прокатного двутавра разрезается по зигзагообразной ломанной линией с регулярным шагом с помощью газовой резки или на мощных прессах, и затем обе половины разрезанной балки соединяются сваркой в совмещенных между собой выступах стенки. В результате увеличивается высота балки, что позволяется перераспределить материал сечения ближе к полкам, где нормальные напряжения большие и существенно повышается геометрические характеристики сечения. Увеличение высоты сечения исходного двутавра в полтора раза повышает во столько же его момент сопротивления и в два раза момент инерции.
Эффективность двутавра с перфорированной стенкой по сравнению с исходным двутавром объясняется тем, что высота первого увеличивается примерно в полтора раза, толщина стенки составляет (1/75.. .1/95) от высоты и благодаря отверстиям в стенке нового двутавра из нее как бы изымается до (35...40) % материала. Двутавры с перфорированной стенкой обеспечивают (20.30) % экономии металла по сравнению с прокатными двутаврами и дешевле последних на (10.18) % [4].
Рисунок1 - Разные типы балки: а - при симметричном резе; б - при асимметричном резе; в - при
наклоненном или криволинейном резе
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 6 / 2018.
Конструктивное решение балок с перфорированной стенкой отличаются в зависимости от схемы резов стенки. Некоторые из возможных конструкций показаны на (рис. 1). Резы могут быть симметричными и асимметричными относительно вертикальной оси балки. При симметричном резе балка образуется из двух половинок разных двутавров. В этом случае получаются два типа балки: с вставками на опорах или без вставок (рисунок 1а). При асимметричном резе образуется один тип балки: один конец без вставки, а другой с вставкой (рисунок 1б). Можно проектировать двутавры с перфорированной стенкой из заготовок, полученных от разных исходных двутавров. При этом в сжатой зоне устанавливается половинка из более мощного двутавра и может быть из менее прочной стали, а в растянутой зоне устанавливается половинка из менее мощного двутавра и более прочной стали. Таким образом легко обеспечить местную устойчивость стенок сжатых поясов. Благодаря резу стенки на участке, наклоненном к продольной оси балки можно проектировать балки с перфорированной стенкой переменного сечения (рисунок 1в).
Отверстие в стенке меняют картинку распределения нормальных напряжений по высоте сечения балки. Эпюра нормальных напряжения, выявленных в результате многочисленных испытаний балок показан на (рисунок 2а). В сечении 1-1 нормальные напряжения в упругой стадии распределяются по линейному закону. В углах отверстий в сечении 2-2 имеет место нарушения линейного закона, что вызвано концентрацией напряжения (резкое изменение сечения). В зоне перемычки стенки хотя и наблюдается некоторая криволинейность эпюры нормальных напряжений Ох, но это довольно близко к тому, как распределяются нормальные напряжения в сплошных двутаврах. В стыковом сечении 4-4 простенка появляется нормальные напряжения Оу. В работе поясных тавров в пределах отверстий имеются свои особенности - они находятся под действием поперечных сил, создающих дополнительный изгиб (рисунок 2б).
Рисунок 2 - Расчетная модель ячейки перфорированной балки: эпюры нормальных напряжений;
б - дополнительный изгиб
На основе данных экспериментальных исследований были разработаны методики расчета.
Существует несколько методик расчета балки с перфорированной стенкой от простых инженерных моделей расчета, оценивающих несущую способность только в упругой стадии без учета концентратов напряжений около отверстий, до усложненных моделей упругого расчета на основе метода конечных элементов. Расчет на прочность перфорированных балок, изгибаемых в плоскости стенки (рисунок 3), следует выполнять по формулам: для точек, находящихся в углах вырезанных отверстий на расстоянии 0,5а? от оси х - х,
M Qa W 4W ■
' ' v 1 ' ' m it
■<R у
— u I c
для точек, находящихся над углами вырезанных отверстий на расстоянии 0,5h от оси х
M Qa W 4W
' ' -у ' ' ' tvi о ■
< Ry у
у I c
Qss
tah
< Rs у c
(1)
(2)
(3)
еГ
где М - изгибающий момент в сечении балки;
х
СИМВОЛ НАУКИ
ISSN 2410-700X
№ 6 / 2018.
Q - поперечная сила в сечении балки;
Qs - то же, на расстоянии (с + 5 - 0,5а) от опоры (см. рис.4);
Wx - собственный момент сопротивления развитого двутавра в сечении балки с отверстием (сечение нетто) относительно оси х - х; Wmax , Wmm - наибольший и наименьший моменты сопротивления таврового сечения.
Рисунок 3 - Схема участка балки с перфорированной стенкой
Расчет на общую устойчивость балок с перфорированной стенкой производится так же, как и обычных балок, при этом геометрические характеристики вычисляются по сечению с отверстием.
Прогиб балки проверяется с учетом момента инерции по сечению с отверстием. При этом в балках с отношением l/hef > 12, то момент инерции умножается на 0,95 [1]. На основе методики СП16.13330.2011 [1] и СП20.13330.2011 [2] были проведены расчеты на подбор поперечного сечения балки настила, расчетная схема которой показана на (рис.4) из сплошных и сквозных двутавров, а также проверка прочности и прогиба. Полученные результаты приведены в таблице 1.
Рисунок 4 - расчетная схема балки
Таблица!
Результаты расчета сквозного и сплошного двутавра
№ Наименование Балка с перфорированной стенкой Балка со сплошной стенкой
1 Поперечное сечение Двутавр 45 Б2 Двутавр 50 Б2
2 Металлоемкость (кг/м2) 27 33,28
3 Запас прочности Больше Меньше
4 Учет пластических деформации Без учета пластических деформации С учетом пластических деформации
5 Прогиб (см) 2,58 3,15
1 13 >
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 6 / 2018.
В данном расчете мы сэкономили19,5% от метала конструкции. Исходя из полученных результатов делается вывод о том, что балка с перфорированной стенкой эффективнее чем сплошных балок.
Список использованной литературы
1. СП 16.13330.2011. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП 11-23-81*. - М.: ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко, 2011. 171 с.
2. СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*.
3. ГОСТ 26020 Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок.
4. Проектирование металлических конструкции. В. В. Бирюлев, И. И. Кошин, И. И. Крылов, А. В. Сильвестров. Ленинградское издание 1990 г.
5. Элементы конструкции под редакцией заслуженного деятеля науки РФ, чл.-корр. РААСН, д-ра техн. наук, проф. В.В. Горева. Москва «Высшая школа» 2004г.
6. Балки с перфорированными стенками. Руководство по проектированию для студентов всех видов обучения специальности 1202 - Промышленное и гражданское строительство. Свердловск 1973 г.
7. Рекомендации по изготовлению сквозных развитых по высоте балочных профилей для строительных конструкций. Центральное бюро научно-технической информации Москва 1976г.
© Аль хетари А.А., 2018
УДК 629.7.01
Амплитов Павел Андреевич
канд. тех. наук «КнААЗ им. Ю.А.Гагарина» г.Комсомольск-на-Амуре, РФ E-mail: [email protected]
СПОСОБ ОЦЕНКИ ПОДЪЁМНОЙ СИЛЫ КРЫЛА ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ В ПЛАНЕ С
УЧЁТОМ ВЛИЯНИЯ БЛИЗОСТИ ЗЕМЛИ
Аннотация
В настоящее время отсутствуют инженерные методики определения параметров экранопланов на ранних этапах проектирования. Предлагается способ оценки подъёмной силы крыла произвольной формы в плане с учётом влияния близости земли. Способ построен на определении распределения циркуляции скорости вдоль размаха такого крыла и введении поправок, учитывающих рост подъёмной силы с приближением к подстилающей поверхности. Результаты расчёта по предлагаемой методике сравнивались с данными физических (Россия) и виртуальных (Китай, Россия) экспериментов по определению характеристик составного крыла и крыла Липпиша. Была выявлена высокая степень сходимости на высотах полёта от 20% корневой хорды крыла.
Ключевые слова
экраноплан, проектирование, параметры, составное крыло, крыло Липпиша
В настоящее время экранопланы остаются летательными аппаратами, не получившими широкого распространения, несмотря на период развития, сопоставимый с самолётами [1], [2]. Это связано, в том числе, со сложностью проектирования, так как отсутствуют достоверные методики определения различных характеристик экраноплана (несущих, массовых и др.) на начальных этапах разработки. Существует небольшое количество работ, в частности [3], рассматривающих различные аспекты проектирования экранопланов.
Наибольший интерес на ранних этапах проектирования представляет определение несущих
-( И )-
