Міцність та деформативність комплексних конструкцій з несучими сталевими тонкостінними холодногнутими елементами

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вдосконаленню методики розрахунку ефективних комплексних каркасно-обшивних конструкцій з несучими сталевими тонкостінними холодногнутими елементами (ТГЕ) та плитною неметалевою обшивкою, які об‟єднані пружно-податливими з‟єднаннями. Досліджено сумісну роботу несучих ТГЕ та плитної неметалевої обшивки на пружно-податливих з‟єднаннях. Розроблено методику оптимізації та визначено оптимальні значення гнучкості стиснутої полиці сталевих ТГЕ за умови його сумісної роботи з обшивкою. Встановлено стадії роботи та визначено схеми руйнування комплексних конструкцій залежно від співвідношення фізико-механічних характеристик та геометричних параметрів ТГЕ, обшивки та з‟єднань. Випробувано матеріали, з‟єднання, вузли та модельні зразки згинальних комплексних каркасно-обшивних конструкцій. Проведено корозійно-механічні випробування з‟єднань сталевих ТГЕ. За визначеними оптимальними параметрами виготовлено та випробувано натурні зразки комплексних конструкцій. Вдосконалено методику розрахунку та конструювання, а також технологічну схему виготовлення сталевих ТГЕ та комплексних конструкцій. Встановлено область ефективного застосування комплексних конструкцій та визначено економічний ефект. Розроблені конструкції апробовано у промислових умовах. В дисертаційній роботі наведено висновки за результатами теоретичних та експериментальних досліджень. Диссертационная работа посвящена усовершенствованию методики расчета эффективных комплексных каркасно-обшивочных конструкций с несущими стальными тонкостенными холодногнутыми элементами (ТГЭ) и плитной неметаллической обшивкой при их совместной работе. Исследована совместная работа несущих тонкостенных элементов с обшивкой на упруго-податливых соединениях. Разработана методика оптимизации и определены оптимальные значения гибкости сжатой полки стальных несущих элементов при условии их совместной работы с обшивкой. С использованием оптимизированных параметров поперечного сечения изготовлены и испытаны модельные и натурные образцы комплексных конструкций. Усовершенствована методика расчета и конструирования комплексных конструкций. Разработанные конструкции апробированы на промышленных образцах.Во введении обоснована актуальность, цель и задачи исследования, научная новизна, практическое значение, апробация результатов и общая характеристика диссертации. В первом разделе проведен аналитический обзор применения стальных тонкостенных холодногнутых элементов (ТГЭ) в каркасно-обшивочных конструкциях. Теоретические исследования показали, что благодаря совместной работе с обшивкой увеличивается несущая способность комплексных конструкций и может быть расширена область их использования. При совместной работе несущих стальных ТГЭ с обшивкой происходит перераспределение напряжений в сечении изгибаемых каркасно-обшивочных конструкций. На основании анализа существующих методик предложена методика определения параметров комплексной конструкции с учетом совместной работы несущих элементов и обшивки, а также закритической работы стальных несущих ТГЭ. Учитывать совместную работу предложено путем приведения расчетной площади материала обшивки к стали несущих элементов. Во втором разделе проведены теоретические исследования работы изгибаемых комплексных конструкций. Определены физико-механические характеристики и геометрические параметры соединений и обшивки, обеспечивающие общую устойчивость стальных ТГЭ. Установлены минимальные значения прочности, модуля упругости, а также минимальная толщина обшивки из условий обеспечения ее общей устойчивости при совместной работе. Предложена методика расчета комплексных конструкций по деформированной схеме с учетом податливости соединений сдвига. Определены стадии работы комплексных конструкций. Проведена оптимизация ширины сжатой полки стальных несущих ТГЭ. Полученные значения применены при проектировании модельных и натурных образцов изгибаемых комплексных каркасно-обшивочных конструкций с обшивкой в сжатой зоне. В третьем разделе проведены экспериментальные исследования материалов, соединений и узлов изгибаемых комплексных конструкций со стальными несущими ТГЭ и плитной неметаллической обшивкой. Полученные физико-механические характеристики материалов частей комплексных конструкций, а также зависимости перемещений от нагрузки различных соединений позволяют проектировать комплексные конструкций на упругоподатливых соединениях. На основании результатов лабораторных ускоренных коррозионно-механических испытаний обосновано расширение области применения коэффициента надежности работы соединений для определения податливости соединений стальных ТГЭ с учетом коррозии. В четвертом разделе на основании проведенных экспериментальных исследований модельных и натурных образцов установлены схемы разрушения комплексных конструкций в зависимости от соотношения геометрических параметров и физико-механических характеристик стальных несущих элементов, обшивки и их соединений, проведен сравнительный анализ результатов экспериментальных и теоретических исследований. В пятом разделе усовершенствована технология изготовления, приведены рекомендации по применению, установлена область эффективного использования, а также определена экономическая эффективность несущих стальных ТГЭ и комплексных конструкций на их основе. В диссертационной работе приведены выводы по результатам теоретических и кспериментальных исследований. The thesis is devoted to developing effective complex framed constructions with the steel thin-walled cold-formed elements and non-metal sheeting in the compressed zone that are combined by means of elastic-compliant joints. A joint work of bearing non-metal plating in the compressed zone with elastic- compliant joints is investigated. Designed method of optimization and optimum parameters determination of compressed flexible steel shelves of thin-walled cold-formed elements on condition of its collaboration with non-metal sheeting. Work stages and destruction schemes are established for the complex structures depending on the value of physical and mechanical properties and geometrical parameters of thin-walled cold-formed elements, non-metal sheeting and joints. Testing of materials, connections, junctions and model samples of complex bending framed constructions is fulfilled. A corrosion and mechanical testing of steel joints of thin-walled cold-formed elements is fulfilled. For values of optimum parameters it is manufactured and tested industrial specimens of complex structures. The method of calculation and design of complex structures is developed. A manufacturing flowsheet of steel complex structures is developed. In the work it is identified areas of efficient use of complex structures and defines economic effect. Developed designs of thin-walled cold-formed elements tested on industrial samples. The thesis concludes on the results of theoretical and experimental studies.