Анотація до роботи:

Пугачов П.О. Місцева стійкість стінок зварних балок з перервними поясними швами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди. – Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2009.

Дисертацію присвячено дослідженню місцевої стійкості стінок зварних двотаврових балок з перервними поясними швами, працюючих в пружній стадії у випадках чистого й поперечного згину, з урахуванням пружньо-податливих ха-рактеристик поясних швів у поздовжньому й поперечному напрямках. У ній розроблено методику визначення та отримано чисельні значення пружних характе-ристик зварних флангових швів у поздовжньому напрямку. За допомогою цих результатів при кінцево-елементному моделюванні досліджено стійкість стінок зварних балок двотаврового поперечного перерізу з неперервними та перервними поясними швами при чистому та поперечному згині за умови відсутності в стінці місцевих напружень від зовнішнього навантаження. По аналогії з діючим «СНиП II-23-81*. Стальные конструкции» досліджено вплив на місцеву стійкість стінок таких факторів, як співвідношення розмірів сторін їх відсіків, умовна гнучкість стінок та жорсткість поясів балок. Отримані результати порівняні з аналітичними розрахунками наближеними методами Тимошенка-Рітца та узагальненого в роботі на випадок перервних шів метода Б. М. Броуде. Теоретичні передумови та результати було підтверджено в ході експериментальних досліджень місцевої втрати стійкості стінки зварної двотаврової балки з перервними поясними швами.

У результаті виконаних у дисертації теоретичних і експериментальних досліджень отримані наступні основні результати:

1. Розроблено методику визначення й отримані чисельні значення пружних характеристик зварних флангових швів у поздовжньому напрямку. Розрахунки виконані для швів катетом 6, 8, 10 і 12мм при розмірі зазору між елементами, що з'єднуються, 0.1, 0.5 і 1.0мм. Оцінено вплив масштабного фактору (розмірів і жорст-костей елементів з'єднання).

2. На підставі згаданих вище досліджень запропоновано спосіб представлення поясних швів спеціальними ортотропними кінцевими елементами, що враховують пружно-податливі властивості швів. Такий підхід дозволяє істотно скоротити кількість дрібнорозмірних кінцевих елементів, необхідних для моделювання в балках поясних швів реальних розмірів, а відповідно і розрахунковий час. Спосіб у даній роботі впроваджено при кінцево-елементному моделюванні пружних властивостей зварних швів у розрахунках місцевої стійкості стінок балок, однак, може бути використаний при рішенні досить широкого спектру задач.

3. Проведено дослідження місцевої стійкості стінок зварних балок двотаврового поперечного перерізу у випадках чистого й поперечного згину за умови від-сутності в стінці місцевих напружень від зовнішнього навантаження, а також з урахуванням пружної податливості поясних швів, представлених у конструкції як неперервними, так і перервними.

4. За аналогією з методикою розрахунків на місцеву стійкість стінок елементів, що згинаються, «СНиП II-23-81*. Стальные конструкции», вивчено вплив на останню таких основних факторів, як: співвідношення розмірів відсіків стінки, значення її умовної гнучкості, жорсткість поясів балки. Крім того, досліджено також вплив геометричних параметрів поясних швів, а саме довжин і катетів шпонок перервних швів і розмірів зазорів між ними.

5. Дослідження місцевої стійкості стінки при чистому згині проведено за допомогою її кінцево-елементних моделей у вигляді прямокутної пластинки а також просторового відсіку балки. В обох випадках поясні шви змодельовано спеціальними ортотропними кінцевими елементами, що враховують вплив останніх як у поздовжньому, так і в поперечному напрямках.

6. Результати розрахунків за обома варіантами розрахункових моделей, зазначених вище у п. 5, при еквівалентних умовах закріплення стінки виявилися близькими за значеннями коефіцієнтів запасу стійкості К_ЗС, формами втрати стійкості, полями розподілу напружень. У той же час, перехід до просторової моделі відсіку дозволив додатково врахувати вплив реальних жорсткостей поясів і поперечних ребер на місцеву стійкість стінки.

7. У розрахунках методом кінцевих елементів (МКЕ) перехід з неперервних швів на перервні при співвідношеннях сторін відсіків стінки 0,45 l / h 1,55 (l – довжина; h – висота) і умовної гнучкості 2,68 5,37 з урахуванням варіювання жорсткостей поясів знизив значення К_ЗС максимум на 14,1%. При порівнянні результатів, отриманих для перервних швів за допомогою МКЕ, з результатами за методикою СНиП II-23-81* зазначене вище зниження склало максимум 8,7%.

8. Для оцінки результатів, отриманих за МКЕ у випадку представлення розрахункової схеми стінки у вигляді прямокутної пластинки, в роботі проведені до-слідження місцевої стійкості для випадку неперервних поясних швів наближеним методом Тимошенка-Рітца. При цьому різниця в результатах розрахунків вищевказаним методом і за допомогою МКЕ не перевищила 5,1%, з більшими значеннями запасу стійкості за МКЕ.

9. У випадку представлення стінки у вигляді відсіку балки з метою урахування впливу жорсткостей поясів для випадку неперервних поясних швів також отримано рішення наближеним методом Б. М. Броуде, узагальнене в даній роботі і на випадок перервних поясних швів. Для відсіків з неперервними поясними швами результати, отримані методом Броуде й за допомогою МКЕ відрізняються на 16,5–20,4%, з більшими значеннями запасу стійкості за МКЕ.

10. Перехід з неперервних швів на перервні при 0,45 l / h 1,55 і 2,685,37 з урахуванням варіювання жорсткостей поясів знизив значення К_ЗС на 7,7–10,7%, забезпечуючи при цьому деякий запас стійкості в порівнянні з розрахунками за СНиП II-23-81*. Лише при значеннях =2,68 і 3,13 К_ЗС, отримані за допомогою МКЕ, виявилися меншими, чим за СНиП, максимум на 7,6%.

11. Дослідження місцевої стійкості стінки при поперечному згині проведено за допомогою її спрощеної кінцево-елементної моделі, навантаженої й закріпленої з урахуванням властивостей вісесиметричності системи, яка дозволяє більш ніж в 2 рази знизити час розрахунку балки в SCAD. Можливість її використання в розрахунках на місцеву стійкість була доведена в результаті порівняння двох варіантів кінцево-елементних моделей балки. Також, як і у випадку чистого згину, наявність пружних поясних швів змодельовано спеціальними ортотропними кінцевими елементами, що враховують вплив останніх як у поздовжньому, так і в поперечному напрямках.

12. Перехід з неперервних швів на перервні при 0,45 l / h 1,55 і 2,68 5,37 з урахуванням варіювання жорсткостей поясів знизив значення К_ЗС максимум на 5,7–6,8%. При порівнянні результатів для перервних швів, заданих в SCAD, з результатами для неперервних швів за СНиП II-23-81*, найбільша різниця в К_ЗС склала 7,7%, з більшими значеннями за СНиП.

13. Для всіх проведених вище розрахунків було встановлено, що вплив розмірів катета поясного шва на стійкість стінки незначний. При збільшенні катета шва з 6 до 8мм значення К_ЗС зросло всього на 0,25%.

14. У результаті експериментальних досліджень стінки зварної двотаврової балки з перервними поясними швами на місцеву втрату стійкості було визначено значення критичного навантаження =280кН, при якому в стінці балки при її бічному відхиленні почали розвиватися пластичні деформації. Бічні відхилення стінки балки із площини зростали в міру збільшення навантаження на балку, і досягли 15мм при рівні (рис. 13). Наведене значення критичного навантаження відрізняється від результатів розрахунку за СНиП II-23-81* і за допомогою МКЕ (для перервних швів 5-100/100) на -0,2% і +3,4% відповідно.

15. Запропонована в роботі методика дослідження місцевої стійкості стінок зварних двотаврових балок може бути застосована при чисельних розрахунках конкретних зварних балок з урахуванням пружної податливості й перервності поясних швів.

16. У результаті виконаного комплексу експериментально-теоретичних досліджень зроблено висновок про те, що застосування перервних поясних швів у двотаврових зварних балках не призводить до різкого зниження критичних навантажень за умовою місцевої стійкості їхніх стінок. Результати досліджень по запропонованій методиці можуть бути використані при розробці нових нормативних документів по проектуванню сталевих конструкцій, що враховують наявність перерв-них поясних швів у зварних балках, а також при розробці типових серій ефективних сталевих зварних балок.

Публікації автора:

1. Перетятько Ю. Г. Теоретические исследования сдвиговой жесткости фланговых швов в сварных соединениях / Перетятько Ю. Г., Пугачев П. А // Науковий вісник будівництва. Харків: ХДТУБА. – 2007. – Вып. 40 – C. 52 – 59.

2. Перетятько Ю. Г. Исследование влияния прерывистых поясных швов на местную устойчивость стенок сварных двутавров / Перетятько Ю. Г., Пугачев П. А // Науковий вісник будівництва. Харків: ХДТУБА. – 2007. – Вып. 44 – C. 92 – 96.

3. Пугачев П. А. Проектирование экспериментального образца сварной балки с прерывистыми поясными швами / Пугачев П. А // Науковий вісник будівництва. Харків: ХДТУБА. – 2008.– Вып. 45 – C. 82 – 86.

4. Перетятько Ю. Г. Влияние размеров зазоров между полкой и стенкой на податливость поясных швов в сварных конструкциях / Перетятько Ю. Г., Пуга- чев П. А // Науковий вісник будівництва. Харків: ХДТУБА. – 2008. – Вып. 46 – C. 80 – 82.

5. Перетятько Ю. Г. Устойчивость стенок балок с прерывистыми поясными швами при чистом изгибе / Перетятько Ю. Г, Пугачев П. А // Современные строительные конструкции из металла и древесины. Сборник научных трудов. Одесса: ОГАСА, 2008. – Ч.1 – С. 235 – 240.

6. Перетятько Ю. Г. Экспериментальные исследования стенки сварной балки с прерывистыми поясными швами на местную устойчивость / Перетять- ко Ю. Г., Пугачев П. А, Кошмай Н. Д // Науковий вісник будівництва. Харків: ХДТУБА. – 2008. – Вып. 47 – C. 102 – 107.