Выпуск №11 (Июль) / Научный журнал "Интернаука" (2017 год) / Публикации журналов Издательского дома "Интернаука" / Internauka

Сучасні тенденції розвитку будівельної галузі вимагають створення принципово нових, більш досконалих інженерних конструкцій, в яких високі експлуатаційні якості оптимально поєднуються зі зниженням матеріалоємності і трудомісткості виготовлення. Цим критеріям найбільш відповідає більшість комбінованих (шпренгельних, вантових, висячих) конструкцій, основним несучим елементом яких є балка жорсткості, від металоємкості якої значною мірою залежать техніко-економічні показники усієї системи. Одним із методів підвищення їх ефективності є використання регулювання напружено-деформованого стану (НДС) в них у процесі проектування, що не вимагає ніяких додаткових матеріальних витрат [2].

Саме регулювання НДС створює значні можливості для удосконалення конструктивних форм і його можна здійснювати вже на стадії проектування без необхідності його контролю під час експлуатації, що характерно для попередньо-напружених конструкцій [2].

Це, в свою чергу, вимагає розробки нових методів розрахунку таких конструкцій, адекватності розрахункових схем, що найбільшою мірою відповідають реальним умовам їх експлуатації, які б сприяли підвищенню їхньої надійності і довговічності поряд зі зниженням вартості [1].

Основна задача при проектуванні будівельних конструкцій, з якою зустрічається інженер, є одержання рівноміцної конструкції, тобто найбільш раціональної системи. За критерій раціональності конструкції приймаємо одночасне досягнення напруженнями розрахункового опору матеріалу балки жорсткості в розрахункових перетинах балки жорсткості для основного навантаження.

Продемонструємо це на прикладі. Виконаємо регулювання зусиль у балці за допомогою шпренгеля із одним вертикальним стояком по розробленій нами методиці - розрахунковим методом [1,2] з врахуванням деформованого стану балки жорсткості і досягненням в розрахункових перерізах рівнонапруженого стану. Така конструкція ретельно досліджена у [3], тому матимемо можливість порівняти запропоновану методику із методикою, розробленою в [3]. В цій конструкції, з метою зменшення деформативності, здійснювали попереднє напруження силовим способом - натягуванням затяжки, яка була із високоміцного дроту (Ry = 1000 МПа). Розрахована вона симплекс-методом для визначення оптимальних величин зусиль попереднього напруження, а також значень площ поперечних перерізів елементів.

Отже, залишимо топологію конструкції, поданої там, без змін. Схема конструкції показана на рис. 1.

Рис. 1. Регулювання зусиль у балці за допомогою шпренгеля

Здійснимо її розрахунок розробленим нами методом на рівнорозподілене навантаження. Приймемо матеріал для всіх елементів - сталь із Ry = 210 МПа, Е = 2,0×105 МПа. За запропонованою методикою [1,2] розрахункова модель такої конструкції наведена на рис. 2.

Рис. 2. Розрахункова модель

На базі методики раціонального проектування комбінованих металевих конструкцій [1] з розрахунковим регулюванням НДС, яка враховує прогин балки на пружній опорі - для врахування впливу деформованого стану балки жорсткості, одержано рівномоментну епюру у балці жорсткості, а також епюру нормальних сил (рис. 3).

Рис. 3. Розрахункові епюри Мq та Nq

На цій основі: балка жорсткості – двотавр №33; тяжі елементів системи підкріплення із 2∟75х6; стояк: 2∟140х9 і визначаєм масу системи, отже

m=mb+msp=42,2×6,0+2×16,66×4,24+38,82×3,0Þ m=253,2+257,8=511 кг,

де: mb - маса балки жорсткості; msp - маса шпренгеля.

У результаті у всіх цих перерізах згинальний момент став ~90,5 кНм, тоді як у [3] в одному перерізі він ~201 кНм, а в інших – по 34,5 кНм. Такому нераціональному розподілу “М” тут сприяло попереднє напруження системи, яке збільшило значення “N” у елементах системи. Так, у стоякові системи новим методом розрахунку одержано Nc = 419,76

кН, тоді як у [3] – Nc = 494 кН. У тяжах, відповідно, одержано Nst = 296,86 кН і Nst = 348,4 кН, а у балці Nb = 209,91 кН, Nb = 247,0 кН.

Тобто всі зусилля “N” за новим методом розрахунку менші на ~15 % від таких, одержаних у [3]. Отже, новий метод, врахувавши прогин балки жорсткості, зменшив у ній опорний момент над стояком та зусилля у ньому, вирівнявши до того ж максимальні моменти у інших перерізах балки. У результаті зменшені зусилля “N” у тяжах і самій балці.

Як бачимо, що за відрегульованих зусиль у системі маса балки жорсткості приблизно становить половину маси системи. У звичайній прокатній балці двотавр №60 (для також прольоту і навантаження) маса становить mb=108,0×6=648 кг, тобто є на ~27 % більшою, ніж маса системи з двотавр №33, в якій відрегульовані зусилля – без силового попереднього напруження системи. Стосовно аналогічної конструкції [3] із двотавра №45 у нас маса на 4,8% менша, а з врахуванням однакової міцності сталі на ~15 % менша, що пояснюється врахуванням деформованого стану системи та раціональним НДС (наявністю трьох екстремумів в епюрі М замість одного у [3]). Все наведене підкреслює необхідність і ефективність врахування впливу деформованого стану балки жорсткості на розподіл зусиль у системі.

Література:

Гоголь М. В. Методика і алгоритм раціонального проектування комбінованих металевих конструкцій / М. В. Гоголь // Металеві конструкції. – 2014. – Том 20. – № 1. – С. 29–43. (РИНЦ)
Gogol Miron. The combined metal structures of the estimated regulation efforts / Miron Gogol // Czasopismo inżynierii lądowej, środowiska i architektury. Journal of civil engineering, environment and architecture, JCEEA. – Rzeszow, Poland. Rzeszow University of Technology, październik-grudzień 2015. - t. XXXII. - z. 62 (4/15). - S. 107-118. (Index Copernicus)
Трофимович В. В. Оптимальное проектирование металлических конструкций / В. В. Трофимович, В. А. Пермяков. – К.: Будівельник, 1981. – 136 с.