ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ДВУТАВРОВ ДЛЯ КОЛОНН МНОГОЭТАЖНЫХ И ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ И ЭЛЕМЕНТОВ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ...2
Анализируется отечественный и зарубежный сортамент горячекатаных профилей. Приводятся основные принципы формообразования двутавров с параллельными полками для стальных конструкций. Показаны основные подходы, принятые при создании новых профилей горячекатаных двутавров для конструкций колонн и поясов ферм. Рассмотрены конструктивные параметры и ограничения, принятые во внимание при формировании новых сечений. Доказана эффективность нового сортамента и приведены данные по фактическому освоению новых профилей и сталей металлургическими предприятиями.
Ключевые слова: фасонный прокат, двутавр, параллельные полки, сортамент, сечение, гибкость стенки, тонкостенность, колонна, пояс, ферма, внецентренное сжатие, градация, свес полки, сталь, устойчивость.
UDC 624.014. I-beams for columns of multi-storey and high-rise buildings and elements of large-span structures. Konin D.V., Institute of Building Constructions (TSNIISK) named after V.A. Kucherenko, Moscow
The domestic and foreign assortment of hot-rolled profiles is analyzed. The basic principles of forming I-beams with parallel flanges for steel structures are given. The main approaches adopted in the creation of new profiles of hot-rolled I-beams for the structures of columns and truss belts are shown. The design parameters and limitations taken into account in the formation of new sections are considered. The efficiency of the new assortment is proved and the data on the actual development of new profiles and steels by metallurgical enterprises are presented.
Key words: shaped rolled, I-beam, parallel flanges, assortment, cross section, wall flexibility, thinness, column, belt, truss, eccentric compression, gradation, overhang of the flange, steel, stability.
М.П. СОН, к.т.н., доц. Пермский национальный исследовательский политехнический университет
ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ ФЛАНЦА НА НДС И РАБОТУ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ В УЗЛАХ БАЛКА-КОЛОННА...11
Представлен цикл экспериментальных исследований, выполненных на полномасштабных натурных моделях фланцевых соединений. Испытания проводятся до разрушения моделей. Соединения выполнены без дополнительных конструктивных элементов таких, как ребра жесткости, вуты, обратные фланцы и пр. Представлены узлы с двусторонним примыканием балок с толщинами фланцев 16—30 мм. Для характерных точек моделей показаны графики сила перемещение и сила –деформация, по которым видно, что увеличение толщины фланца приводит к увеличению прочности, но снижению деформативности соединения. Анализируются сценарии разрушения моделей, и приводится формула для подбора толщины фланца.
Ключевые слова: фланец, металлический узел балка-колонна, болтовые соединения, натурные испытания.
UDC 624.04; 624.014. Influence of the flange thickness for stress-strain state and the behaviour of the flange connection in the units of the beam-to-column. Son M.P., Perm national research Polytechnic University.
The article describes series of experimental studies performed on full-scale models of flange connections. Tests are conducted until complete destruction of the models. Connections are made without additional structural elements such as stiffeners, haunches, backing flanges, etc. Knots with two-sided joining of beams with flange thicknesses of 16-30 mm are presented. For the characteristic points of the models, the force-displacement and force-strain diagrams are given, which show that an increase in the flange thickness leads to an increase in strength and simultaneously leads to a decrease in the deformation of the joint. The scenarios for the destruction of models are analyzed, and a formula is given for selecting the thickness of the flange.
Key words: flange, beam-to-column steel joint, bolted connections, full-scale tests.
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА РИТЦА ПРИ РАСЧЕТАХ ТРЕУГОЛЬНЫХ ПЛАСТИН С РАЗЛИЧНЫМИ УСЛОВИЯМИ ЗАКРЕПЛЕНИЯ НА ДЕЙСТВИЕ СТАТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ...17
Рассмотрено применение метода Ритца для определения напряженно-деформированного состояния различно-опертых тонких треугольных пластинок, находящихся под воздействием статической нагрузки. Для реализации данного метода приняты соответствующие функции прогибов, выраженные через координатные функции, которые удовлетворяют граничным условиям пластин. Показан алгоритм решения данной задачи с отражением необходимых формул и зависимостей. Для пластин с шарнирно-опертыми по всему контуру гранями получено замкнутое решение, аналогичное решению Навье для прямоугольных пластин. Полученное решение обладает быстрой сходимостью по прогибам и не зависит от коэффициента Пуассона материала пластины. Приведены примеры расчета для каждого условия закрепления пластин.
Ключевые слова: метод Ритца, статическая нагрузка, треугольная пластина, решение Навье.
UDC 539.3. Application of Ritz’s method in calculations of triangular plates with various conditions of fixing on static load action. Bosakov S.V., Institute BelNIIS; Skachok P.D., BNTU, Minsk, Belarus.
The application of the Ritz’s method for determining the stress-strain state of variously-supported thin triangular plates under the influence of a static load is considered in the article. To implement this method, the corresponding deflection functions, expressed through coordinate functions, that satisfy the boundary conditions of the plates are adopted. An algorithm for solving this problem is shown with the reflection of necessary formulas and dependencies. For plates with hinged edges around the contour, a closed solution is obtained, analogous to the Navier solution for rectangular plates.The solution obtained has fast convergence in the deflections and does not depend on the Poisson’s ratio of the material of the plate. Examples of calculation for each plate support are given.
Key words: Ritz’s method, triangular plate, static load, Navier solution.
Т.А. МУХАМЕДИЕВ, д.т.н. НИИЖБ им. А.А. Гвоздева (НИЦ «Строительство»)
УЧЕТ НЕУПРУГИХ СВОЙСТВ БЕТОНА ПРИ РАСЧЕТЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТРЕЩИН...24
Рассмотрены вопросы нормирования диаграмм деформирования бетона при осевом растяжении для высокопрочных бетонов и упрощенный способ определения упругопластического момента сопротивления для растянутой грани сечения элементов. Приведены результаты численных исследований по оценке коэффициента, учитывающего неупругие свойства бетона растянутой зоны сечения элементов из бетона различных классов. Представлены предложения по нормированию относительных деформаций в базовой точке двухлинейной диаграммы бетона при осевом растяжении, используемой для расчета железобетонных элементов по второй группе предельных состояний. Даны рекомендации по назначению коэффициента, учитывающего неупругие свойства бетона растянутой зоны сечения элементов при расчете момента образовании трещины упрощенным способом.
Ключевые слова: железобетонные конструкции, методы расчета, момент образования трещин, свойства бетона.
UDC 666.972:691.620.192. Account inelastic properties of concrete when calculating concrete structures for cracking. Mukhamediev T.A., NIIZHB named after A.A. Gvozdev, Moscow
Key words: reinforced concrete structures, methods of calculation, the moment of cracking, concrete properties.
ВЛИЯНИЕ УКРЕПЛЕНИЯ СЛАБОГО ГРУНТА ПОД ФУНДАМЕНТОМ НА СЕЙСМИЧЕСКУЮ РЕАКЦИЮ СООРУЖЕНИЯ. Часть IV. ВЛИЯНИЕ УМЕНЬШЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ГРУНТОВОЙ ПОДУШКИ...30
При возведении ответственных сооружений на слабых грунтах приходится применять укрепление грунтов с целью контроля осадок и кренов фундаментов. Но создание укрепленной «грунтовой подушки» под фундаментом, как выясняется, иногда способно заметно снизить сейсмическую реакцию сооружения. Ранее этот эффект был продемонстрирован автором на конкретном примере из практики. Позже была показана ведущая роль кинематического взаимодействия сооружения с основанием в рассматриваемом эффекте. В настоящей статье обсуждается влияние снижения жесткости материала «грунтовой подушки» на сейсмозащитный эффект. Такое исследование требуется, чтобы оценить допустимые пределы неизбежного разброса свойств укрепленного грунта. Показано, что снижение жесткости ведет к увеличению горизонтальной реакции невесомого жесткого фундамента и одновременно к некоторому уменьшению его качания. Что касается реакции фундамента под сооружением, то легкое сооружение не способно существенно изменить колебания своего фундамента по сравнению с колебаниями невесомого фундамента, так что эффект останется прежним. Тяжелое же сооружение способно поменять эффект от смягчения укрепленного грунта для качания на противоположный. В этом случае смягчение укрепленного грунта приведет к снижению сейсмозащитного эффекта и для горизонтальных, и для качательных колебаний фундамента.
Ключевые слова: сейсмические воздействия, взаимодействие сооружения с грунтовым основанием, укрепление грунта под фундаментом.
UDC 539.3. Impact of the soil upgrade on the structural seismic response. Part IV: Effect of decrease in stiffness of the soil pillow. Tyapin A.G., Architecture and Construction Design Bureau, Moscow
In cases of weak soils under the base mat one has to upgrade soils in order to control settlements of the foundation. However, it turns out that the upgraded “soil pillow” under the base mat is sometimes capable of decreasing seismic response of a structure. Recently this effect has been demonstrated by the author for a practical case. Later the author demonstrated crucial role of the kinematical interaction in the considered effect. In this paper the effect of the decrease in the material stiffness of the “soil pillow” is discussed. Such a survey helps to estimate the acceptable limits of inevitable deviations in the properties of the upgraded soil. It is shown that the decrease in the upgraded soil stiffness leads to the increase of the horizontal response of the weightless basement and at the same time to a certain decrease in rocking response of the weightless basement. As to the response of the basement under the structure, the light structure is not able to change the response of the basement significantly as compared to the response of the weightless basement – so the effect stays in place. However, heavy structure can change this effect. In this case the reduction of the seismic protection due to the softening of the «soil pillow» will refer both to the horizontal and to the rocking response of the basement.
Key words: seismic excitation, soil-structure interaction, upgrade of soil under the base mat.
ОСОБЫЕ ВЕТРОВЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ И АКТУАЛИЗАЦИЯ НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ...38
Приводится краткий анализ системы нормативных документов в строительстве касающихся аварийных ситуаций порождаемых ветровыми воздействиями. Предлагаются определения аварийных ветровых нагрузок и воздействий отсутствующих в актуализируемой и вновь вводимой системе нормативных документов. Показывается, что произошедшие за последние десятилетия крупные аварии и разрушения по причине ошибочных положений и недостатков при актуализации и пересмотре ряда нормативных документов в строительстве, основанных на отсутствии в них положений и требований по учету аварийных расчетных ситуаций требуемых Федеральным законом №384-ФЗ.
Ключевые слова: аварийные ситуации, ветровые нагрузки, аварии, ошибки проектирования, безопасность, динамические системы, самовозбуждающиеся колебания, параметрические колебания, аварийные воздействия, строительные нормы, строительные нормы, устойчивость равновесия, устойчивость колебаний.
UDC 624.01.42. Special wind impacts and updating of regulatory documents in construction. Vedyakov I.I., Reserch Institute of Building Constructions (TSNIISK) named after V.A. Kucherenko; Vostrov V.K., JSC «Kimry Association VNIPImorneftegaz», Moscow
Key words: emergency situations, wind loads, accidents, design errors, safety, dynamic systems, self-excited oscillations, parametric oscillations, emergency actions, building norms, building norms, stability of equilibrium, stability of oscillations.
Е.Б. КОРЕНЕВА, д.т.н. (Московское высшее общевойсковое командное орденов Жукова, Ленина и Октябрьской революции Краснознаменное училище)
АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ О КОЛЕБАНИЯХ АНИЗОТРОПНЫХ УПРУГИХ ТЕЛ...47
Рассмотрен аналитический метод для решения задач о колебаниях круглых пластин, сделанных из анизотропного материала. Решения получены в замкнутом виде и выражены в функциях Бесселя. Используется метод компенсирующих нагрузок (МКН). Принято, что материал конструкций обладает цилиндрической анизотропией и является ортотропным. Для решения ряда задач об анизотропных средах используется новый прием, позволяющий применять МКН. Для этого используется уравнение Нильсена. Подробно изучаются вопросы вынужденных колебаний анизотропных круглых пластин.
Ключевые слова: анизотропия, пластины, колебания, функции Бесселя.
UDC 624.073. The analytical method for solving of vibration problems of anisotropic elastic solids. Koreneva E.B., Moscow higher military command school
The work covers the problems of analytical approach for solving of vibration problems of circular plates made from anisotropic material. The solutions are obtained in closed form in terms of Bessel functions. Method of compensating loads (MCL) is applied. It is assumed that the constructions’ material is orthotropic since it possesed of cylindrical anisotropy. New approach allowing MCL application is used. Nielsen’s equation is taken into consideration. The problems of anisotropic circular plates forced vibration are examined in detail.
Key words: anisotropy, plates, vibration, Bessel functions.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ НА ИЗМЕНЕНИЕ НДС НЕРАЗРЕЗНОЙ ГИБКОЙ ПЛАСТИНЫ С НАЧАЛЬНЫМ ПРОГИБОМ...51
Исследуется изменение напряженно-деформированного состояния (НДС) тонкой неразрезной гибкой пластины a×b×h= 50×100×0,7 см гибкостью a/h = 50/0,7 = 71,4 (отношение меньшей стороны к толщине) из материала — титановый сплав ВТ6. Пластина по контуру и по центральной поперечной оси симметрии подкреплена шарнирно неподвижными опорами и находится под воздействием неравномерного температурного поля. При расчете учитывается начальный прогиб сравнимый с толщиной пластины, геометрическая нелинейность по Т. Карману, учитывается изменение механических свойств материала по полю пластины в зависимости от величины температуры. НДС в пластине гибкостью а/h =71,4 характеризуется интенсивностью напряжений и поперечными перемещениями (прогибами). Из анализа полученных результатов исследования сделаны выводы: а) при уменьшении толщины пластины усиливается влияние мембранных составляющих напряжений. Они существенно изменяют возникающие изгибные составляющие напряжений и величины прогибов; б) при расчетах пластин с гибкостью больше 70 следует совместно учитывать начальный прогиб, геометрическую нелинейность, неоднородность физических свойств, связанную с переменным температурным полем. При линейном расчете полученные величины, характеризующие НДС имеют большую погрешность; в) графики зависимости интенсивности напряжений и прогибов от температуры в пластине гибкостью а/h = 71,4 изменяются менее плавно, чем в пластине с меньшей гибкостью а/h = 50; г) при возрастании величины температуры уменьшается модуль упругости; при этом в отдельных фибровых волокнах пластины гибкостью 71,4 изменяется знак интенсивности напряжений, что в свою очередь ведет к качественному изменению НДС.
Ключевые слова: пластина, начальный прогиб, геометрическая нелинейность, температурное воздействие.
UDC 7.04:535.4.011.22.23. Investigation of the impact of the temperature field for variation of the vat by unexpected flexible platewith initial bend. Moiseenko M.O., Popov O.N., TGASU, Tomsk
Key words: plate, initial deflection, geometric nonlinearity, temperature influence.
М.В. СПАССКАЯ, инж., А.А. ТРЕЩЁВ, д.т.н., проф. Тульский государственный университет
ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА ДЛЯ ПОЛОГОЙ СФЕРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ ИЗ МАТЕРИАЛА С УСЛОЖНЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ...58
Исследуется несвязанная задача термоупругости для пологой сферической оболочки из ортотропного разносопротивляющегося материала. В статье представлен вывод системы разрешающих уравнений. На основе рассматриваемой модели решена конкретная задача. Приведены наиболее характерные результаты расчета НДС оболочки и выполнен их анализ. Данные по представленной модели сравниваются с классическим решением и с результатами по наиболее апробированным моделям разносопротивляющихся материалов.
Ключевые слова: разносопротивляемость, анизотропия, термоупругость, несвязанная задача, пологая сферическая оболочка, разрешающие уравнения, напряженно-деформированное состояние.
UDC 539.384.6:539.377:539.319. Thermo-mechanical problem of shallow spherical shell made of materials with complex properties. Spasskaya M.V., Treschev A.A. Tula state University, Tula.
An uncoupled problem of thermoelasticity for a shallow spherical shell of an orthotropic material of different resistance is investigated. The article presents the derivation of a system of resolving equations. On the basis of the model under consideration, a specific problem has been solved. The most characteristic results of calculating the shell’s envelope are given and their analysis is performed. Data on the presented model is compared with the classical solution and with the results for the most tested models of materials of different resistance.
Key words: different resistance, anisotropy, thermo-elasticity, uncoupled problem, shallow spherical shell, resolving equations, stress-strain state.
Е.И. БРИТВИН, канд. физ.-мат. наук (ГУВЗ ПГАСА, г. Днепр, Украина)
ЧЕТЫРЕХУЗЛОВОЙ ТЕТРАЭДРИЧЕСКИЙ КОНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ВРАЩАТЕЛЬНЫМИ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ В УЗЛАХ...66
На основе базового 20-узлового тетраэдрического конечного элемента с поступательными степенями свободы третьего порядка, выведены функции формы четырехузлового тетраэдрического конечного элемента с вращательными степенями свободы в узлах (три поступательные плюс три поворота). Поступательные перемещения узлов на сторонах базового элемента естественным образом выражены через степени свободы узлов, расположенных в вершинах прямоугольника. Матрица жесткости элемента представлены в виде суммы произведений табулированных числовых матриц на алгебраические матрицы, коэффициенты которых выражены через координаты вершин тетраэдра. Продемонстрирована хорошая сходимость решения, полученного на основе разработанного элемента.
Ключевые слова: конечный элемент, тетраэдрический конечный элемент, тетраэдрический конечный элемент с вращательными степенями свободы.
UDC 624.044. Four-node tetrahedral finite element with drilling degrees of freedom in nodes. Britvin E.I., GUVZ PGASA, Dnepropetrovsk, Ukraine.
Based on the basic 20-node tetrahedral finite element with translational degrees of freedom of the third order, the functions of the four-node tetrahedral finite element with rotational degrees of freedom in the node are derived (three translational plus three rotational). The translational movements of the nodes on the sides of the base element are naturally expressed in terms of the degrees of freedom of the vertices nodes of the tetrahedral. The element stiffness matrix is represented as the sum of the products of tabulated numerical matrices by algebraic matrices whose coefficients are expressed in terms of the coordinates of the vertices of the tetrahedron. A good convergence of the solution obtained on the basis of the developed element is demonstrated.
Key words: finite element, tetrahedral finite element, tetrahedral finite element with drilling degrees of freedom.