Исследования сжатых перфорированных стоек и совершенствование их конструктивной формы

Ресурсосбережение как актуальная проблема инженерно-прикладных исследований, методы и подходы, используемые в процессе ее разрешения. Анализ практического значения механизмов ресурсосбережения для строительной отрасли и экономики Ростовской области.

Рубрика Физика и энергетика
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 28.05.2017
Размер файла 1,4 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследования сжатых перфорированных стоек и совершенствование их конструктивной формы

Применение, достоинства перфорированных стержней

Перфорированные стержни заслуженно получили широкое распространение, как в нашей стране, так и за рубежом. Благодаря своим достоинствам, они уже не одно десятилетие успешно применяются в промышленном, гражданском, сельскохозяйственном, транспортном, шахтном строительстве, мосто-, машино-, судо-, авиастроении и даже в космических сооружениях.

Перфорированные стержни в строительстве применяются в качестве колонн и стоек, балок покрытия и перекрытия, кран-балок, арок, элементов ферм, складчатых и пространственных систем, прогонов и т.д. (рис. 1). Перфорированные стержни обладают многими достоинствами - легкостью, экономичностью, повышенной жесткостью и несущей способностью, технологичностью изготовления, транспортабельностью, хорошими эксплуатационными качествами.

а) Мост через р. Делавер (США)

б) Балка покрытия из перфорированного двутавра

в) Конструктивные формы сооружений из перфорированных профилей

Рис. 1. Примеры применения перфорированных стержней

По сравнению с прокатными профилями снижение металлоемкости в перфорированных стержнях достигает 20-30%, а стоимости - на 10-18%. Трудоемкость изготовления перфорированных двутавров на 25-35% ниже, чем составных сварных. Перфорация обеспечивает доступность для осмотра, окраски, установки диафрагм внутреннего пространства стержней с замкнутым контуром поперечного сечения. Применение гнутых перфорированных профилей проката позволяет снизить расход металла до 50%, ускорить сборку и монтаж, устранить сварочные работы при монтаже, снизить трудоемкость. Легкость и транспортабельность делает их очень удобными при строительстве в труднодоступных районах, а также для сборно-разборных и временных сооружений (опоры систем освещения, связи и т.п.). Применение перфорированных стержней позволяет увеличить полезный объем здания, т.к. прокладку инженерных и технологических коммуникаций можно осуществить в строительных габаритах стержня. Покрытие из перфорированных балок уменьшает строительную высоту здания более чем на 1 м в сравнении с применением стропильных ферм, сокращая тем самым затраты на отопление, вентиляцию, освещение, стеновое ограждение.

Перфорированный двутавр образуется путем продольного роспуска стенки прокатного двутавра по зигзагообразной линии с последующей сваркой встык образовавшихся «половинок» по выступающим частям. В результате образуется балка с системой регулярно расположенных отверстий в стенке (рис. 2), у которой высота сечения увеличивается в 1,3-1,5 раза, момент инерции - в 1,5-2 раза, несущая способность повышается на 30-50% по сравнению со сплошным исходным профилем без дополнительного расхода материала.

а

б

Рис. 2. а - схема роспуска исходного сплошного профиля; б - перфорированный двутавр

ресурсосбережение инженерный строительный экономика

Технология изготовления перфорированных стержней

Технология изготовления зависит от многих факторов: конструктивного решения профиля (тип стержня, размеры и форма перфорации, номер исходного профиля), массовости изготовления, наличия материально-технической базы, конъюнктурных условий и др.

Роспуск исходных профилей может осуществляться штамповкой, автоматической, полуавтоматической, ручной газовой, плазменной или лазерной резкой. Конвейерное производство штамповкой освоено в США. ЦНИИмонтажспецстроем разработана эффективная технология изготовления перфорированных профилей для строительных конструкций производительностью 45-50 тыс. м. профилей в год. Фирмой Litzka (Франция) разработана комплексная технология изготовления металлоконструкций из перфорированных стержней. Автоматизированы процессы роспуска, правки, сборки и сварки. Возможно изготовление стержней с постоянным, переменным, криволинейным очертанием поясов, с различными вставками, отгибами, сложной конфигурации.

Нами была изготовлена партия перфорированных двутавровых стоек (рис. 3) для проведения экспериментальных исследований. Роспуск был выполнен лазерной резкой.

а) б) в)

Рис. 3. а - половинки двутавров, полученные лазерной резкой; б - высокое качество поверхности реза лазерной резки; в-процесс изготовления перфорированного двутавра

Лазерная резка имеет ряд преимуществ: высокую производительность и степень автоматизации процесса, точность, возможность раскроя по сложному криволинейному контуру, чистоту поверхности реза (рис. 3б), не требующую последующей механической обработки под сварку и сборку, позволяет получать узкие разрезы с минимальной зоной термического влияния; возникают минимальные временные (в процессе резки) и остаточные (после остывания) деформации. Лазерный луч сравнительно прост и легок в управлении.

Нами был проведен анализ и обобщение опыта производства перфорированных стержней для более широкого внедрения их в практику.

Численные и экспериментальные исследования сжатых перфорированных стоек

На изучение сжатых перфорированных элементов направлено незначительное количество исследований. Авторами разработана классификация перфорированных стержней, выполнен комплекс расчетов внецентренно сжатых перфорированных двутавровых стоек с учетом геометрической и физической нелинейности в программных комплексах Structure CAD, Лира, CosmosWorks и Poligon методом конечных элементов [2, 3]. В расчетах использовались треугольные и четырехугольные конечные элементы оболочечного типа и пространственные изопараметрические конечные элементы (рис. 4). В результате расчетов определены поля перемещений и напряжений, выполнено сравнение результатов численных и экспериментальных исследований, получены графики зависимостей перемещений и напряжений от величины нагрузки (рис. 5).

а б в

Рис. 4.

а - схема приложения нагрузки и опорных закреплений стойки;

б - схема из конечных элементов для расчета оболочек;

в - укрупненные фрагменты сеток оболочечных и пространственных конечных элементов

1 2 3

Рис. 5.

1 - изополя суммарных перемещений (расчет в SCAD);

2 - напряжения по Мизесу (расчет в Poligon);

3 - сравнение экспериментальных (а) и численных (б-г) данных

Экспериментальные исследования сжатых перфорированных стоек были проведены с целью определения их несущей способности и напряженно-деформированного состояния. Испытательный стенд изображен на рис. 6. Для исследования напряженно-деформированного состояния использовалось современное тензометрическое оборудование (модуль Sigma USB) и программное обеспечение Zetlab. В результате получены значения величины несущей способности стоек, перемещений и напряжений.

Рис. 6. Стенд для испытаний перфорированных стоек

Новые конструктивные формы перфорированных стоек

Совершенствование существующих и разработка новых конструктивных форм строительных конструкций - это одна из важнейших задач в области строительства, позволяющая снизить материалоемкость и стоимость конструкций, максимально использовать их несущую способность. Легкие металлические конструкции из перфорированных стержней соответствуют решению такой задачи.

К новым конструктивным решениям можно отнести двутветвевые колонны с ветвями из перфорированных двутавров, перфорированные стержни с гофрированными вставками и полосами, а также балки с шахматной (несимметричной) перфорацией. На все представленные ниже конструкции получены патенты на полезные модели [4-7].

Перфорированная двухветвевая стойка из развитых двутавров образована из двух перфорированных двутавров без вставок, соединенных в сечение замкнутого профиля с помощью перфорированных пластин или планочной решетки. Новшеством является применение перфорированных профилей взамен сплошных для ветвей стойки. В результате этой замены высота сечения увеличивается в 1,3-1,5 раза, повышается жесткость и несущая способность стойки (на 30-50%). Общий вид перфорированной двухветвевой стойки изображен на рис. 7.

Дополнительного развития сечения, а, следовательно, увеличения жесткости и несущей способности можно добиться применением перфорированных двутавров с прямоугольными вставками в качестве ветвей. Общий вид перфорированной двухветвевой стойки из развитых двутавров с прямоугольными вставками изображен на рис. 8.

Проблему местной устойчивости стенок двутавров может решить применение гофрированных вставок в перфорированных профилях (рис. 9).

Рис. 7. Перфорированная двухветвевая стойка из развитых двутавров

1, 2 - развитые двутавры; 3 - перфорированные пластины

Рис. 8. Перфорированная двухветвевая стойка из развитых двутавров с прямоугольными вставками

1 - развитые двутавры с прямоугольными вставками; 2 - перфорированные пластины

Рис. 9. Перфорированная двухветвевая стойка из развитых двутавров с гофрированными прямоугольными вставками: 1 - развитые двутавры с гофрированными вставками; 2 - перфорированные пластины

На рис. 10 изображена перфорированная балка с шахматной (несимметричной) перфорацией с прямоугольными гофрированными вставками. Изготовление балок с шахматной перфорацией осуществляется путем продольного роспуска стенок прокатных балок по двум зигзагообразным линиям с последующей раздвижкой и сваркой выступающих частей. Высота балки в этом случае увеличивается до 1,8 раз. Применение в данной конструкции прямоугольных гофрированных вставок приводит к дополнительному увеличению высоты сечения, а, следовательно, жесткости и несущей способности, а также к повышению местной устойчивости стенки, т.к. отогнутые кромки вставок образуют локальные ребра жесткости в наиболее слабом участке перемычки между отверстиями. Радиус инерции сечения в самой опасной зоне возможной потери местной устойчивости значительно увеличивается. Гибкость стенки уменьшается, повышая запас устойчивости, определяющий несущую способность балки.

а

б

в

Рис. 10. Перфорированная балка с шахматной перфорацией с гофрированными вставками: а - схема разрезки исходного профиля; б - образовавшиеся в ходе резки части профиля; в-балка с [- образными вставками с поперечной ориентацией отогнутых в одну сторону кромок

Литература

1. Кожихов А.Г., Бузало Н.А., Гайджуров П.П. Совершенствование технологии изготовления стальных перфорированных стержней // Проблемы и перспективы развития жилищ-коммун. комплекса города: 6-я Междунар. науч.-практ. конф., г. Москва, 1-4 апр. 2008 г. - М., 2008. - Т.2. - С. 100-102.

2. Гайджуров П.П., Кожихов А.Г. Конечно-элементный расчет стальной регулярно перфорированной двутавровой стойки // Строительная механика и расчет сооружений. - 2006. - №4. - С. 52-57.

3. Кожихов А.Г. Численные и экспериментальные исследования работы внецентренно сжатых перфорированных стоек. // Вестник Волгоград. гос. архитектурно-строит. ун-та. Сер.: Строительство и архитектура. - 2008 - Вып. 10 (29) - с. 19-24.

4. Пат. 66763 Рос. Федерация, МПК Е04С 3/32. Перфорированная двухветвевая стойка / Кожихов А.Г., Бузало Н.А; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ЮРГТУ(НПИ). - №2007111327/22; заявл. 27.03.2007; опубл. 27.09.2007, Бюл. №27.

5. Пат. 68551 Рос. Федерация, МПК Е04С 2/00. Перфорированная балка с гофрированными вставками / Кожихов А.Г., Бузало Н.А; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ЮРГТУ(НПИ). - №2007130208/22; заявл. 06.08.2007; опубл. 27.11.2007, Бюл. №33

6. Пат. 70527 Рос. Федерация, МПК Е04С 2/00. Перфорированная двухветвевая стойка со вставками / Кожихов А.Г., Бузало Н.А; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ЮРГТУ(НПИ). - №2007130232/22; заявл. 06.08.2007; опубл. 27.01.2008, Бюл. №3

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Вопрос ресурсосбережения и определения оптимального соотношения ресурсов на предприятии. Характеристика ресурсов и ресурсосберегающих технологий. Понятие энергосбережения. Применение качественной теплоизоляции. Применение ресурсосбережения в быту.

    контрольная работа [25,6 K], добавлен 16.11.2010

  • Пара электрон–позитрон как самое эффективное топливо согласно последних исследований в данной области. Таблица заведомо элементарных структур. Проблема возникновения на Земле электронного голода и поиск возможных направлений ее разрешения в будущем.

    статья [19,8 K], добавлен 28.08.2011

  • Анализ эффективности энергоресурсов. Аналитический обзор современного состояния научных исследований в области ресурсосбережения на предприятиях топливно-энергетического комплекса. Инновационные проекты, перспективы развития ООО "Газпром добыча Ноябрьск".

    дипломная работа [1,9 M], добавлен 14.06.2013

  • Методы практического исследования потока в неподвижных криволинейных каналах. Определение потерь механической энергии при движении потока в них. Сравнение значения коэффициента потери энергии установки, полученного экспериментальным путем с теоретическим.

    лабораторная работа [139,4 K], добавлен 13.03.2011

  • Применение методов ряда фундаментальных физических наук для диагностики плазмы. Направления исследований, пассивные и активные, контактные и бесконтактные методы исследования свойств плазмы. Воздействие плазмы на внешние источники излучения и частиц.

    реферат [855,2 K], добавлен 11.08.2014

  • Газогидродинамические методы исследования газоконденсатных скважин при стационарных и нестационарных режимах фильтрации. Обработка индикаторных линий с учетом реальных свойств газа. Оборудование для газогидродинамических исследований газовых скважин.

    курсовая работа [251,6 K], добавлен 02.03.2015

  • История становления и перспективы электроэнергетической отрасли в Тюменской области. Значение электроэнергетической отрасли в экономике России и Тюменской области. Типы электростанций, их размещение и характеристика. Полуй — река Тобольской губернии.

    реферат [27,8 K], добавлен 04.06.2010

  • Важная роль физики в техническом развитии оборонной промышленности. Теоретические исследования физиков, начальное развитие новых отраслей науки: теории относительности, атомной квантовой физики. Работы в области радиотехники, военных прикладных отраслей.

    доклад [17,9 K], добавлен 27.02.2011

  • Компьютерное исследование поведения ультратонких пленок аргона, сжатых между алмазными поверхностями с периодическим атомарным рельефом. Его сравнение с поведением ультратонких пленок воды и аргона, заключенных между гладкими и шероховатыми пластинами.

    дипломная работа [6,5 M], добавлен 27.03.2012

  • Теоретические основы атомной отрасли, ее сущность и особенности. Тенденции и факторы развития атомной отрасли в Российской Федерации за 2000–2010 года. Анализ современного состояния атомной отрасли и перспективные направления развития отрасли в России.

    курсовая работа [74,2 K], добавлен 24.02.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.