Введение к работе
диссертационного совета Дамдинова Дарима Ракашаевна
Актуальность работы. В работе решаются задачи совершенствования существующих способов беззатяжечного предварительного напряжения тонкостенных стальных конструкций, обладающих повышенной несущей способностью, местной устойчивостью и жесткостью, с целью создания экономически эффективных балок, применяемых для строительства зданий различного назначения.
На сегодняшний день значение для России Дальневосточного региона достаточно велико и будет возрастать в дальнейшем. В связи с этим строительная отрасль региона требует ускоренного развития. Однако строительство на Дальнем Востоке имеет свои особенности: продолжительная зима с низкими температурами воздуха, значительные снеговые нагрузки, вечная мерзлота, сильные порывистые ветры, тайфуны, высокая сейсмичность многих районов и др. Кроме того, к отличительным особенностям региона следует отнести невысокий уровень развития транспортных коммуникаций. Все эти факторы ведут к значительному удорожанию строительства. В свою очередь эффективность использования новых металлических конструкций, имеющих небольшой собственный вес, а также повышенные характеристики несущей способности и жесткости, существенно выше, чем в центральных районах страны.
Применение предварительно напряженных тонкостенных стальных балок для строительства в северных районах Дальнего Востока, а также в районах с высокой сейсмической активностью, достаточно актуально и является важной научно-практической задачей.
Объектами исследований являются:
1. Стальные тонкостенные биметаллические предварительно напряженные балки.
2. Экспериментальные исследования стальных балок, предварительно напряженных изгибом тавра, с целью сопоставительного анализа полученных результатов с теоретическими выводами диссертации.
Цель работы. Разработка нового способа предварительного напряжения стальных конструкций, исключающего недостатки создания предварительного напряжения при помощи затяжек, обеспечивающего общую устойчивость на стадии изготовления, местную устойчивость элементов балок при эксплуатации, увеличение несущей способности при работе на восприятие внешних нагрузок.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
- разработка оптимальных геометрических параметров тавра, являющегося исходным элементом для конструктивного решения данного способа предварительного напряжения стальной тонкостенной балки;
- определение нормальных предварительных напряжений в исходном элементе на стадии изготовления балки;
- определение несущей способности предварительно напряженной стальной балки при ее работе на внешние нагрузки;
- определение изгибной жесткости однопролетных разрезных предварительно напряженных балок, теоретические исследования местной устойчивости элементов балки на стадии изготовления и при работе на внешние нагрузки;
- оценка величины потерь предварительного напряжения на стадии изготовления конструкции;
- исследование распределения нормальных и касательных напряжений на границе контакта стенка-пояс при создании предварительного напряжения;
- разработка численного эксперимента на основе метода конечных элементов, для изучения характера распределения нормальных напряжений в балке на стадии изготовления и при работе на внешние нагрузки.
- сравнительная оценка результатов расчета предварительно напряженных балок методом численного эксперимента с экспериментальными данными испытаний натурных образцов балок и результатами теоретических расчетов.
Научная новизна работы:
- предложен новый способ создания предварительного напряжения без использования затяжек в стальных тонкостенных балках;
- представлена методика определения нормальных напряжений на стадии изготовления конструкции и при работе ее на внешние нагрузки;
- разработана методика формообразования сечения двутавровых тонкостенных балок, предварительно напряженных изгибом тавра;
- предложен метод инженерного расчета предварительно напряженных балок, позволяющий решать ряд технико-экономических задач по повышению несущей способности конструкций и уменьшению трудозатрат на изготовление и монтаж.
Достоверность результатов. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована теоретическими разработками, базирующимися на существующей теории расчета предварительно напряженных стальных конструкций и подтверждена численным экспериментом в части описания напряженного и деформированного состояния стальной тонкостенной балки, предварительно напряженной изгибом тавра.
Личный вклад автора заключается в разработке нового способа создания предварительного напряжения в стальных балках, сравнительном анализе теоретических расчетов и результатов проведенных экспериментальных исследований, разработке методики инженерного расчета балок, предварительно напряженных изгибом тавра.
Практическая ценность работы:
- установлена эффективность нового способа создания беззатяжечного предварительного напряжения в стальных балках;
- внесены уточнения в существующую методику расчета балок предварительно напряженных без затяжек;
- предложена инженерная методика расчета стальных тонкостенных балок, предварительно напряженных изгибом тавра.
На защиту выносятся:
- способ предварительного напряжения стальной, тонкостенной сплошностенчатой балки;
- методология формообразования поперечного сечения двутавровой балки, предварительно напряженной изгибом тавра;
- методика определения напряженно-деформированного состояния балок на стадии изготовления и при работе на внешние нагрузки;
- методика оптимального проектирования стальных предварительно напряженных балок;
- методика инженерного расчета предварительно напряженных балок;
- результаты экспериментальных исследований предварительно напряженных балок.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на:
- ежегодных научных чтениях памяти проф. М.П. Даниловского (Хабаровск, 2007-2012);
- 61-ой международной научно-технической конференции молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов «Актуальные проблемы современного строительства» СПбГАСУ (Санкт-Петербург, 2008);
- научной конференции преподавателей, научных работников и аспирантов ВСГТУ (Улан-Удэ, 2009);
- заседании кафедры «Промышленное и гражданское строительство» ВСГТУ (Улан-Удэ, 2009);
- заседании каф. «Строительные конструкции» ТОГУ (Хабаровск, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ: в журналах, сборниках научных статей и материалах научно-технических конференций, в том числе имеется три статьи из перечня рецензируемых журналов, рекомендованных ВАК РФ.
Состав и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографических ссылок из 119 наименований и приложения, содержит 154 страницы машинописного текста, включая 71 иллюстрацию и 8 таблиц.
Реализация работы. Стальные балки, предварительно напряженные изгибом тавра, внедрены в качестве несущих конструкций покрытия на объектах «Строительство и реконструкция аэропортового комплекса «Игнатьево» (г. Благовещенск) и «Ледовая арена «Вулкан» в Северном округе г. Хабаровска».
Некоторые разделы диссертации, включающие теоретические предпосылки и методику расчета предварительно напряженных балок, внедрены в учебный процесс для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство» при чтении курса «Проектирование зданий и сооружений для экстремальных условий эксплуатации» и для студентов специальности «Строительство уникальных зданий и сооружений» при чтении спецкурса по металлическим конструкциям.
