Размещено на http://www.allbest.ru/

Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка

УДК 624.014.2.078.4:519.248

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

Напружено-деформований стан і надійність зварних вузлів сталевих рам

Корх Олег Олексійович

Полтава -- 2009

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Полтавському національному технічному університеті імені Юрія Кондратюка Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Пічугін Сергій Федорович, Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка, завідувач кафедри конструкцій із металу, дерева та пластмас.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Фурсов Вадим Вікторович, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, професор кафедри металевих та дерев'яних конструкцій; кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Божко Валерій Андрійович, директор Полтавського комплексного відділення ВАТ Укрндіпроектстальконструкція імені В.П.Шимановського.

Захист дисертації відбудеться “21“ квітня 2009 року о 1600 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.44.052.02 при Полтавському національному технічному університеті імені Юрія Кондратюка за адресою: 36011, м.Полтава, Першотравневий проспект, 24, ауд. 218.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка за адресою: 36011, м.Полтава, Першотравневий проспект, 24

Автореферат розісланий “ ” березня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.В. Чернявський.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В Україні постійно зростає кількість будівель зі сталевими каркасами, що обумовлює необхідність дослідження характеру їх роботи. Значну частину у складі сталевих каркасів займають рами, основним елементом яких є вузли. Застосування чисельного моделювання дозволяє дослідити вплив конструктивної схеми на роботу рамних вузлів і накопичити необхідну базу статистичних матеріалів по напружено-деформованому стану таких вузлів. Разом з тим, сучасний стан розвитку обчислювальної техніки та чисельних методів відкриває можливості для визначення оцінок надійності сталевих рамних вузлів з урахуванням параметрів напружено-деформованого стану і кореляційних зв'язків між функціями несучої здатності елементів вузла.

На сьогоднішній день відсутні оцінки надійності вузлів сталевих рам, що обумовлює актуальність задачі оцінки напружено-деформованого стану та надійності зварних вузлів сталевих рам та виробленню рекомендацій щодо таких конструкцій на основі отриманих даних.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертації відповідає напрямам науково-технічної політики держави у галузі оцінювання технічного стану будівель і споруд згідно з Постановою Кабінету Міністрів України №409 від 05 травня 1997 р. “Про забезпечення надійності та безпечної експлуатації будівель, споруд та мереж”, Постановою Кабінету Міністрів України №1313 від 20 серпня 2000 р. “Про затвердження програми запобігання і реагування на надзвичайні ситуації технічного і природного характеру на 2000-2005 роки з метою комплексного вирішення проблем захисту населення та територій від надзвичайних ситуацій техногенного і природного характеру та в інтересах безпеки окремої людини, суспільства, національного надбання і навколишнього середовища”, рішенням науково-технічної ради Держкомітету будівництва, архітектури та житлової політики (Держбуду) України від 16.11.2001 р., №63, “Про досвід НДІБК щодо вирішення науково-технічних проблем обстеження, оцінки технічного стану та підсилення конструкцій і будівель в умовах стислих термінів будівництва та реконструкції”.

Дисертація виконувалася як розвиток держбюджетної дослідної теми у Полтавському національному технічному університеті імені Юрія Кондратюка “Розробка методів розрахунку надійності будівельних конструкцій та нормування навантажень на них” (державний реєстраційний номер 0196U000999), вона відповідає напряму наукових досліджень кафедри конструкцій з металу, дерева та пластмас.

Метою роботи є визначення дійсної роботи та надійності рамних вузлів сталевих конструкцій шляхом аналізу їх напружено-деформованого стану та характеру можливого руйнування.

Завдання дослідження:

l розвинути чисельні методи знаходження параметрів напружено-деформованого стану вузлів сталевих рамних конструкцій;

розробити математичні моделі зварних рамних вузлів різних типів і виконати їх розрахунок на ЕОМ методом граничних інтегральних рівнянь та методом скінченних елементів;

експериментально дослідити напружено-деформований стан вузлів рамних сталевих конструкцій;

розробити відповідну методику та одержати оцінки надійності вузлів рамних сталевих конструкцій.

Об'єкт дослідження: зварні вузли рамних сталевих конструкцій.

Предмет дослідження: напружено-деформований стан та надійність вузлів сталевих рамних конструкцій.

Методи дослідження:

l методи будівельної механіки та теорії пружності;

метод граничних інтегральних рівнянь та метод скінченних елементів при аналізі напружено-деформованого стану вузлів сталевих конструкцій;

експериментальні методи дослідження напружено-деформованого стану вузлів сталевих конструкцій;

кореляційний аналіз при виявленні ступеня залежності відмов елементів сталевих вузлів;

методи теорії надійності в оцінці надійності вузлів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

l вперше виконано адаптацію методу граничних інтегральних рівнянь для чисельного аналізу напружено-деформованого стану рамних сталевих вузлів;

розроблено та досліджено математичні моделі вузлів сталевих рам, виявлено характерні особливості їх роботи;

експериментально досліджено напружено-деформований стан рамних сталевих вузлів та підтверджено результати чисельних досліджень, виявлено особливості роботи вузлів в залежності від конструктивних схем;

експериментально виявлено моделі відмов вузлів, покладені в основу методики оцінки їх надійності;

розроблено методику застосування кореляційного аналізу функцій резерву несучої здатності елементів вузла при оцінці надійності рамних сталевих вузлів з врахуванням їх конструктивної схеми, характеру можливого руйнування;

вперше одержано оцінки надійності для різних типів зварних вузлів сталевих рам.

Практичне значення одержаних результатів роботи:

l впровадження запропонованої методики визначення параметрів напружено-деформованого стану сталевих вузлів дозволяє суттєво скоротити час, що витрачається на розрахунки, при збереженні необхідної точності;

отримані результати експериментальних досліджень дозволили виробити рекомендації щодо конструкцій рамних вузлів;

впровадження розробленої методики розрахунку надійності дозволяє отримувати значення оцінок надійності вузлів сталевих рам.

Особистий внесок автора: Наведені в дисертаційній роботі результати досліджень отримані автором самостійно. В публікаціях у співавторстві здобувачеві належить: [5] - виконання аналізу теоретичних результатів дослідження напружено-деформованого стану вузлів сталевих рам і аналіз удосконаленої методики оцінки надійності вузлів; [6] - формулювання мети, задач, окреслено об'єм теоретичних досліджень, розроблено математичні моделі, виконано теоретичні дослідження, проведено аналіз теоретичних даних; [7] - розробка математичних моделей, аналіз результатів досліджень.

Апробація результатів роботи. Основні положення і результати роботи доповідалися і обговорювалися на таких конференціях: міжнародній науковій конференції “Сучасне будівництво: конструкції, технології, перспективи” (м. Полтава, 20-21 травня 2004р.), п'ятому міжнародному студентському науковому семінарі “Будівництво в Європі” (Kielce, Польща, 25-26 листопада 2004р.), п'ятій науково-технічній конференції “Будівельні металеві конструкції: сьогодення та перспективи розвитку” (м. Київ, УкрНДІпроектстальконструкція, 19-22 вересня 2006р.), Всеукраїнській науково-технічній конференції “Комп'ютерна математика в науці, інженерії та освіті” (м. Полтава, 28-30 листопада 2007р.). Результати роботи впроваджені при розробці конструкцій підсилення каркасу торговельного центру в м. Полтава та проектуванні конструкцій м'ясокомбінату та басейну в Полтавській області.

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи наведено у 8 статтях, що опубліковані в збірниках, які є фаховими виданнями.

Обсяг та структура роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних літературних джерел зі 183-ьох найменувань і 3-х додатків. Дисертація викладена на 210 сторінках, у тому числі 146 сторінок основного тексту, 34 повних сторінки з рисунками і таблицями, 22 сторінки списку використаних джерел, 30 сторінок додатків.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність проблеми, сформульовані мета і задачі дослідження, наведені основні результати, отримані автором, показана їх наукова новизна, практичне застосування та реалізація.

У першому розділі аналізується стан питання, а також наукові досягнення у галузі дослідження напружено-деформованого стану та надійності вузлів рамних сталевих конструкцій. Дослідженнями вузлів сталевих конструкцій займалися Горпинченко В.М., Цетлін Б.С., Морачевський Т.М., Шапіро Г.А., Естрін Г.Я., Троїцький П.М., Левітанський І.В., Нікольский О.С., Кузьмичов Г.П., Бернштейн Я.М., Маркович Б.А. та інші. Дослідженням вузлів сталевих конструкцій займалися: Вегнер А.Р. , Соболев Ю.В., Мухортов М.Н., Міщенко А.П., Шафеєв Р.А. та інші. За кордоном сталеві вузли досліджували W.F. Chen, Patel K.V., Johnes S.V, Kirbyt P.A., Nethercott D.A., Walles M.V., Rossow E.K., Morris G.A.

Дослідженням проблем надійності, зокрема надійності будівельних конструкцій, займалися Ржаніцин О.Р., Стрілецький М.С., Пічугін С.Ф., Стрельцов В.И., Лужин О.В., Барашиков А.Я., Кінаш Р.І., Кудзис О.П., Личов О.С., Пашинський В.А., Перельмутер А.В., Райзер В.Д., Тимашев С.А. та інші.

Стрімкий розвиток комп'ютерної техніки в 60-80-х роках XX ст. обумовив поступове удосконалення методів чисельного аналізу напружено-деформованого стану будівельних конструкцій. Даною проблемою займалися Cruse T.A., Lachat J.C., Rizzo F.J., Henry A.S., Jaswon M.A., Banerjee P.K., Butterfield R., Massonet C.E., Бєляєв Н.М., Штаєрман І.Я., Мусхелішвілі Н.І., Савін Г.Н., Жемочкін Б.Н., Синіцин А.П., Каландія А.М., Ковнерістов Г.Б. та інші.

На основі огляду літератури і проведеного аналізу стану питання сформульовані мета і завдання досліджень. Також на основі аналізу відомих конструктивних схем було розроблено класифікацію сталевих вузлів, яка дозволила окреслити коло задач для досліджень.

У другому розділі описується програмна реалізація методу граничних інтегральних рівнянь (МГІР) для знаходження напружено-деформованого стану (НДС) вузлів рамних сталевих конструкцій.

Методика розрахунку базується на чисельній реалізації розв'язку інтегральних рівнянь змішаних двовимірних задач теорії пружності.

Граничні переміщення і напруження представляються в поліноміальному вигляді й знаходяться з системи інтегральних рівнянь. Дана система в процесі свого розв'язку зводиться до системи лінійних алгебраїчних рівнянь.

Для цього модель вузла представляється у вигляді області на площині, границя якої потім розбивається на прямолінійні відрізки. В число точок поділу відрізків входять вершини кутів зламу границі, точки зміни граничних умов та точки прикладення зосереджених сил.

Нормальні p1 та дотичні p2 зусилля, нормальні u1 та дотичні u2 переміщення на контурі основного (заданого) стану представляються в комплексній формі:

У необмеженій площині з постійними пружними характеристиками тіла області, що досліджується, будується образ границі l.

У певній точці zp границі l допоміжного стану прикладається одинична зосереджена сила уp, орієнтована по нормалі (дотичній) до l у точці прикладання zp. Тоді, вздовж границі l з зовнішньої сторони від сили уp в площині виникають наступні напруження:

.

Переміщення точок на границі відповідно визначаються виразом:

Після застосування ряду математичних перетворень, отримуються інтегральні співвідношення, що зв'язують граничні напруження та переміщення:

Дані співвідношення дозволяють визначити напруження і переміщення на границі тіла, після чого, на їх основі знаходяться напруження і переміщення у внутрішніх точках вузла.

Базуючись на вищезазначених співвідношеннях, було розроблено відповідний алгоритм для ЕОМ, який реалізовано у рамках програмного комплексу bemCAD. Даний комплекс дозволяє створювати чисельні моделі вузлів, у тому числі параметричні, задавати різноманітні умови навантаження і закріплення, а також проводити розрахунок і аналіз їх напружено-деформованого стану. Комплекс складається з трьох основних частин: препроцесора, розрахункового модуля та постпроцесора. Препроцесор надає зручний інтерфейс і набір команд для побудови комп'ютерної моделі вузла. Розрахунковий модуль з допомогою методу граничних інтегральних рівнянь проводить оцінку НДС заданої моделі.

Математична модель рамного вузла може складатися з декількох тіл, які можуть відрізнятися також і характеристиками матеріалу. Модуль розрахунку враховує подібні ситуації і таким чином, дозволяє проводити розрахунок досить складних вузлів. При цьому дослідження обмежується аналізом пружньої роботи матеріалу.

Постпроцесор bemCAD дозволяє виводити дані, отримані з допомогою розрахункового модуля, у зручному для сприйняття вигляді. Він дозволяє оформлювати результати обчислень у вигляді таблиць, графіків та ізополів напружень. Крім того, постпроцесор дозволяє на основі даних, отриманих з допомогою методу граничних інтегральних рівнянь, обчислювати додаткові значення, зокрема, приведені напруження за четвертою теорією міцності, що використовуються у роботі:

Аналіз несучої здатності вузлів проводиться на етапі постпроцесингу, шляхом порівняння обчислених значень напружень зі значенням граничних напружень. надійність напружено-деформований сталевий

З метою контролю правильності реалізації алгоритму, було розв'язано ряд тестових задач теорії пружності з відомими рішеннями. Отримані чисельно розв'язки таких задач повністю співпали з аналогічними результатами, отриманими аналітичним шляхом.

У третьому розділі розглядаються чисельні моделі вузлів рамних сталевих конструкцій, побудовані на основі методу граничних інтегральних рівнянь. Розглянуто вузли сталевого каркасу, що використовуються для з'єднання ригелів та колон, а також бази колони.

Реалізація МГІР у рамках програмного пакету bemCAD базується на плоскій задачі теорії пружності, тому для його застосування при проведенні оцінки НДС рамних сталевих вузлів було оговорено наступні обов'язкові передумови:

1) вузол повинен бути симетричним відносно вертикальної площини;

зовнішні сили, що діють на вузол, повинні діяти також лише у межах вертикальної площини;

знаходиться напружено-деформований стан елементів вузла, які лежать у площині дії зовнішнього навантаження;

якщо вузол можна представити у вигляді пластинчатої системи, то задача розбивається на декілька підзадач, у рамках яких кожен елемент має відповідати умовам 1-3.

Для всіх вузлів, що були заплановані для експериментальних досліджень було побудовано відповідні математичні моделі і проведено оцінку НДС при однакових значеннях зовнішнього навантаження. Виявлено, що у вузлах без накладок по поличках ригелів, з ростом навантаження, відбувається стрімкий ріст значень напружень в зоні зварного шва, який кріпить бічну накладку до колони, що обумовлює низьку міцність таких вузлів. Також виявлено, що при обраній схемі завантаження розподіл напружень у вузлі є симетричним по вертикалі.

Чисельний аналіз підтвердив, що у вузлах з додатковими накладками по поличках у стінці колони виникають більші напруження, ніж у вузлах без накладок. При цьому, підсилення стінки колони на етапі пружної роботи моделі не впливає на НДС решти елементів вузла.

У четвертому розділі описується проведення експериментальних досліджень роботи рамних вузлів сталевих конструкцій. З метою підтвердження правильності роботи запрограмованого алгоритму, було виготовлено шість експериментальних зразків трьох серій (по два зразки у кожній серії).

Серія В1 являла собою рамний вузол з'єднання балки з колоною з допомогою бічних накладок, але без накладок по поличках ригеля. Серія В2 відрізнялася наявністю додаткових горизонтальних накладок по поличках ригеля а серія В3 відрізнялася від В2 підсиленою стінкою колони. Випробувальна установка базувалася на пресі УВМ-50 . Схема навантаження всіх зразків, окрім В1-1 була прийнята ідентичною, відстань між опорами становила 76 см, а навантаження прикладалося у вигляді зосередженої сили точно по центру колони.

Завдяки розміщенню розеток тензорезисторів вдалося отримати повну картину НДС. Результати експерименту показали, що зразки серії В1, внаслідок відсутності накладок по поличках, характеризувалися низькою міцністю. По ходу випробування було відмічено, що напруження у металі всіх зразків розвивалися згідно лінійного закону. При цьому було виявлено, що на відміну від вузлів серії В1, руйнування вузлів серії В2 наступало менш стрімко. Також, у стінці колони зруйнованих зразків серії В2 було виявлено наявність незначних пластичних деформацій, які на остаточну міцність даних вузлів не вплинули, зразки руйнувалися внаслідок руйнування швів, що з'єднують накладки по поличках ригелів з колоною.

Експериментально доведено, що зразки серії В3, незважаючи на підсилену стінку колони, мали ідентичну міцність з вузлами серії В2, їх руйнування наступало при близьких значеннях навантаження. Експериментально виявлено, що значення прогинів для зразків серії В1 до моменту руйнування, співпадають з відповідними значеннями прогинів для інших вузлів при однаковому навантаженні, що вказує на те, що даний вузол є жорстким, але низької міцності.

Результати експериментальних досліджень підтвердили можливість застосування МГІР для чисельного моделювання НДС рамних вузлів, з похибкою в межах 2-20%. Крім того, було доведено можливість моделювання вузлів, елементи яких лежать у різних площинах, як пластинчатої системи.

У п'ятому розділі вдосконалено методи оцінки надійності вузлів сталевих конструкцій. Перший оснований на припущенні, що надійність вузла в цілому визначається надійністю його найбільш навантаженого елемента і базується на стандартних підходах техніки випадкових величин.

Комплексний підхід полягає у розбитті вузла на окремі складові елементи (зварний шов, накладка та ін.) і визначенні надійності кожного з них. При цьому вводиться припущення, що відмови всіх елементів є незалежними. У такому випадку надійність вузла в цілому можна визначити як добуток надійностей його елементів. Основним недоліком такого підходу є те, що оцінка надійності вузла в цілому залежить від характеру його розбиття на елементи, тобто є вплив суб'єктивного фактору на кінцевий результат.

Для розв'язання даної проблеми застосовано кореляційний аналіз функцій резерву несучої здатності у різних точках вузла. Для кожного з вузлів, що розглядалися у ході експериментальних досліджень, було спочатку знайдено оцінки надійності з допомогою двох перших підходів.

Для оцінки надійності з допомогою третього методу, для обраних вузлів було побудовано матриці переходу від зовнішнього навантаження до напруження у внутрішніх точках вузла. Такі матриці отримуються на основі отриманих даних про НДС вузла від одиничного навантаження, для оцінки якого використовувався метод граничних інтегральних рівнянь.

Для проведення кореляційного аналізу, на основі отриманих матриць переходу, для кожної серії вузлів було побудовано відповідні кореляційні матриці. Кожен елемент такої матриці дорівнює коефіцієнту кореляції між функціями резерву несучої здатності у точках, що відповідають аналогічному елементу відповідної матриці переходу. У ході досліджень розроблено і реалізовано алгоритм, який дозволяє, на основі аналізу кореляційної матриці та на основі виявлених експериментально моделей відмов, будувати структурну схему вузла, виокремлюючи на такій матриці укрупнені структурні елементи.

Таблиця 1. Оцінка надійності рамних сталевих вузлів

Повна структура алгоритму оцінки надійності рамного вузла на основі кореляційного аналізу. З допомогою даного алгоритму, були побудовані узагальнені структурні схеми для кожного розглянутого вузла, що дозволило знайти відповідні оцінки надійності. Було доведено, що кореляційний аналіз дозволяє підняти оцінку надійності у порівнянні з комплексним підходом. Крім того, застосування даного алгоритму ліквідує суб'єктивний процес розбиття вузла на елементи, як це має місце у комплексному підході. У табл.1 наведено оцінки надійності, отримані на основі вищезгаданих методик для різних типів вузлів, в залежності від їх конструктивної схеми. Виявлено, що вузли серії В1 мають низьку надійність у порівнянні з вузлами В2 та В3. Надійність вузлів серії В2 є близькою до надійності вузлів серії В3.

Загальні висновки

У дисертації вирішено актуальну наукову задачу оцінки напружено-деформованого стану та надійності зварних вузлів сталевих рам.

Проведені дослідження дозволяють зробити наступні висновки:

Удосконалено методику чисельного визначення напружено-деформованого стану рамних сталевих вузлів на основі методу граничних інтегральних рівнянь. Розроблено рекомендації щодо побудови відповідних математичних моделей. Доведено, що рамні вузли, елементи яких лежать у різних площинах, можна моделювати з допомогою плоскої реалізації методу граничних інтегральних рівнянь, з представленням вузла у вигляді системи пластин. Використання даного методу дозволяє суттєво зменшити об'єм розрахунків при збереженні високої точності.

Розроблено алгоритм, що реалізує метод граничних інтегральних рівнянь на ЕОМ, та спеціалізований програмний комплекс, який дозволяє знаходити напружено-деформований стан сталевих вузлів з врахуванням граничних умов та особливостей передачі навантаження. У порівнянні з методом скінченних елементів даний метод забезпечує збільшення швидкості обчислень у 20-100 разів.

Проведено чисельний аналіз напружено-деформованого стану рамних вузлів сталевих конструкцій. Проаналізовано характер розподілу напружень у внутрішніх точках вузлів. Виявлено, що найбільші значення напружень досягаються у крайніх точках швів, що приєднують накладки до колони.

Експериментальне дослідження підтвердило теоретичні значення напружень, а також дані про характер їх розподілу, отримані у ході чисельного аналізу аналогічних вузлів. Відхилення експериментальних даних від теоретичних становить близько 2-20%.

У результаті експериментальних досліджень виявлено, що кут повороту ригеля відносно колони і закон його зміни при однакових навантаженнях у вузлах з накладками по поличках ригелів і без таких накладок не відрізняється. Таким чином, вузол без таких накладок можна вважати жорстким, але з низькою міцністю.

Виявлено, що відмова зварних рамних вузлів наступає шляхом відриву найбільш навантажених розтягнутих зварних швів, що приєднують накладки по стінці або поличкам до колони, тому рекомендується при виконанні вузлових з'єднань балок з колонами особливу увагу приділити якості їх виконання.

У ході експерименту виявлено, що наявність у вузлі додаткових накладок по поличкам ригеля призводить до суттєвого зменшення напружень у рамному вузлі, що підвищує його міцність. При цьому напруження у стінці колони досягають більших значень, ніж у випадку з вузлами без накладок.

Підсилення колони у вузлі додатковими ребрами дозволяє зменшити значення напружень у стінці колони, не впливаючи на напружено-деформований стан інших елементів вузла, це вказує на можливість відмови від застосування ребер підсилення стінки колони, у випадках достаньої міцності стінки колони.

Вперше запропоновано методику оцінки надійності рамних сталевих вузлів на основі аналізу їх напружено-деформованого стану та виявленні кореляційних зв'язків між функціями резерву міцності окремих елементів. Вперше одержано і порівняно оцінки надійності для розглянутих типів зварних вузлів сталевих рам на основі трьох різних підходів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Корх О.О. Використання методу граничних інтегральних рівнянь для знаходження напружено-деформованого стану вузла сталевої конструкції / О.О. Корх // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: зб. наук. пр.-- Рівне, 2005.-- Вип.12.-- С. 175-180.

2. Корх О.О. Використання методу граничних інтегральних рівнянь для розрахунку елементів будівельних конструкцій / О.О. Корх, О.І. Корх // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: зб. наук. пр.-- Рівне, 2004.-- Вип. 11.-- С. 202-207.

3. Корх О.О. Розв'язання змішаної плоскої задачі теорії пружності методом граничних інтегральних рівнянь / О.О. Корх, О.І. Корх // Вісник Донбаської національної академії будівництва та архітектури: будівельні конструкції, будівлі та споруди.-- Макіївка: ДонНАБА, 2004.-- Вип. 44.-- С. 125-131.

4. Корх О.О. Зіставлення різних методів чисельного аналізу при розрахунку елементів будівельних конструкцій / О.О. Корх // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво).-- Полтава: ПолтНТУ, 2005.-- Вип. 15.-- С. 100-103.

5. Урахування дійсної роботи при оцінюванні надійності жорстких вузлів рамних каркасів / С.Ф. Пічугін, О.О. Корх, П.О. Хоружий, В.П. Чичулін // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво).-- ПолтНТУ, 2005.-- Вип.17.-- С. 133-137.

6. Корх О.О. Знаходження напружено-деформованого стану бази сталевої колони / О.О. Корх, Т.М. Плужник // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: зб. наук. пр.-- Рівне, 2005.-- Вип. 13.-- С. 175-181.

7. Пічугін С.Ф. Визначення напружено-деформованого стану вузла сталевої рамної конструкції / С.Ф. Пічугін, О.О. Корх // Современные строительные конструкции из металла и древесины: сб. науч. тр.-- Одесса, 2006.-- Ч.1.-- С. 147-152.

8. Корх О.О. Аналіз напружено-деформованого стану рамного вузла сталевої конструкції / О.О. Корх // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво).-- Полтава: ПолтНТУ, 2006.-- Вип.18.-- С. 116-121.

Анотації

Корх О.О. Напружено-деформований стан і надійність зварних вузлів сталевих рам. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 -- будівельні конструкції, будівлі та споруди.-- Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка, Полтава, 2009.

Дисертацію присвячено дослідженню напружено-деформованого стану зварних вузлів сталевих рам та виробленню підходів по оцінці їх надійності. Розроблено алгоритм, що реалізує метод граничних інтегральних рівнянь для знаходження напружено-деформованого стану вузлів сталевих конструкцій, та наведено умови його застосовності. Розроблено програмний пакет, що дозволяє будувати чисельні моделі рамних вузлів і знаходити параметри їх НДС. Сформульовано підходи до створення математичних моделей рамних вузлів, побудовано моделі вузлів різних типів та проведено чисельний аналіз їх НДС. Проведено експериментальні дослідження напружено-деформованого стану зварних рамних вузлів з різною конструктивною схемою. Проаналізовано вплив конструктивних особливостей вузлів на їх міцність, виявлено характери можливого руйнування вузлів. Проведено порівняння отриманих експериментальних даних з результатами чисельного моделювання вузлів. Розроблено методику оцінки надійності вузлів сталевих конструкцій, що дозволило враховувати в розрахунках надійності НДС та кореляційні залежності між функціями резерву несучої здатності елементів вузла. Одержано та порівняно оцінки надійності рамних сталевих вузлів на основі різних підходів.

Ключові слова: напружено-деформований стан, метод граничних інтегральних рівнянь, зварні вузли сталевих рам, надійність рамних вузлів.

Аннотация

Корх О.А. Напряженно-деформированное состояние и надежность сварных узлов стальных рам. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 -- строительные конструкции, здания и сооружения. -- Полтавский национальный технический университет имени Юрия Кондратюка, Полтава, 2009.

Диссертация посвящена исследованию напряженно-деформированного состояния сварных узлов стальных рам, а также разработке подходов по оценке их надежности

В первом разделе выполнен анализ состояния задачи и известных исследований, относящихся к этому научному направлению. Определены задачи данной диссертационной работы.

Во втором разделе работы описывается программная реализация метода граничных интегральных уравнений для поиска напряженно-деформированного состояния (НДС) узлов рамных стальных конструкций. Используя основные соотношения данного метода, разработан алгоритм для ЭВМ и реализован программный комплекс bemCAD. Данный комплекс позволяет создавать численные модели узлов, в том числе параметрические, задавать различные условия нагружения и закрепления, а также производить расчет и анализ их напряженно-деформированного состояния. Исследование ограничивается упругой стадией работы материала. Решен ряд тестовых задач с целью контроля правильности реализации алгоритма.

В третьем разделе работы рассмотрены численные модели узлов рамных стальных конструкций на основе метода граничных интегральных уравнений. Рассмотрены различные модели узлов стального каркаса, включая узлы соединения балок с колонной и базы колонны. Оговорены условия применимости реализованного подхода оценки напряженно-деформированного состояния к исследованию работы рамных узлов. Построены соответствующие математические модели и проведена оценка НДС для всех узлов, запланированных для экспериментальных исследований.

Четвертый раздел диссертации посвящен экспериментальным исследованиям работы рамных узлов стальных конструкций. С целью подтверждения правильности полученных теоретических данных были изготовлены образцы трех серий. Исследовались узлы без накладок по полкам ригелей, узлы с дополнительными накладками по полкам и с усиленной стенкой колонны. Отмечено, что разрушение узлов происходило вследствие разрушения сварных швов, крепящих накладки к колоннам. Экспериментально доказано, что узлы с усиленной стенкой колонны разрушались при тех же значениях нагрузки, что и узлы без такого усиления. Отмечено, что значения прогибов для всех образцов при одинаковых значениях нагрузки совпадают. Результаты эксперимента подтвердили возможность использования метода граничных интегральных уравнений для численного моделирования НДС рамных узлов с отклонением в пределах 2-20%.

В пятом разделе разработаны подходы к оценке надежности узлов рамных стальных конструкций. Представлены три подхода к оценке надежности узлов и проведено их сравнение. Для каждого из рассмотренных узлов построены матрицы перехода от внешней нагрузки к внутренним напряжениям, а также на их базе построены соответствующие корреляционные матрицы. Проведен корреляционный анализ, с помощью которого построены структурные схемы рассматриваемых узлов и найдены оценки их надежности.

Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние, метод граничных интегральных уравнений, сварные узлы стальных рам, надежность рамных узлов.

Annotation

Korkh О. Stress-deformed state and reliability of joints of welded steel frames. - Manuscript.

Thesis for the Candidate Degree in Technical Science on speciality 05.23.01 -- building structures, buildings and constructions. - Poltava National Technical University named in honor of Yuri Kondratyuk, Poltava, 2009.

The thesis is devoted to the research of the stress-deformed state of the steel frames welded joint and making of approaches by their reliability estimation. An algorithm of using the boundary integral equation method for finding of the stress-deformed state of the steel frame welded joints is developed, and the terms of its applicability are resulted.

The software package which allows to build the numerical models of frame joints and find their stress-deformed state parameters is developed. The approaches of frame joint mathematical models creation are formulated, the models of different types of joints are built and a numerical analysis of their stress-deformed state is conducted.

The experimental researches of the welded frame joints with a different structural chart are conducted. The influence of joints structural features on their durability is analysed and the characters of possible destruction are found out. The comparison of the experimental data to the results of numerical modelling of joints is conducted.

The method of steel constructions joints reliability estimation is developed. It is allowed to take into account in the calculations the reliability of stress-deformed state and dependences of correlations between the joint elements load capacity reserve functions. The estimations of reliability of steel frame joints are got and compared on the basis of the different approaches.

Key words: stress-deformed state, boundary integral equations method, welded joints of steel frames, reliability of frame joints.

Размещено на Allbest.ru