Введение к работе
Актуальность работы. В диссертационной работе решены вопросы, связанные с разработкой и обоснованием новых конструктивных решений стенок балок, колонн и арочных конструкций, исследованием характера напряженно-деформированного состояния (НДС), местной и общей устойчивости двутавровых металлических балок с гофрированной стенкой, а также уточнением имеющихся и разработкой новых методов и методик моделирования и расчета. Результаты данных разработок позволяют повысить эффективность строительных металлоконструкций с применением гофрированных элементов, учитывая современные требования к их проектированию для широкого внедрения в практику при одновременном соответствии с действующей системой нормативных документов.
В связи с этим, проведение исследований в обозначенных названием работы рамках является целесообразным и представляет собой актуальную задачу.
Цель диссертационной работы - повышение эффективности балок с гофрированной стенкой, путем снижения металлоемкости на основе более рационального распределения материала конструкции, разработки метода моделирования и методики расчета.
Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:
с использованием аппарата теории анизотропных пластин, теории упругости и вариационного исчисления уточнен метод оценки устойчивости элементов конструкций с гофрированной стенкой;
создан обобщенный метод компьютерного математического моделирования гофрированных элементов (в том числе и переменно-гофрированных) на основе аналитических параметрических зависимостей;
разработана методика сравнительного анализа и расчета гофрированных элементов с применением современных компьютерных программных комплексов, реализующих метод конечных элементов (МКЭ); сформулированы система критериев оценки точности результатов расчета и соответствующие рекомендации;
проведен сравнительный анализ устойчивости и НДС изгибаемых балок с традиционным и переменным гофрированием стенки;
проведен анализ металлоемкости изгибаемых балок с традиционным и переменным гофрированием стенки;
проведен анализ НДС изгибаемых балок со стенкой традиционно-гофрированной волнистым и трапецеидальным профилем;
предложен критериальный подход к области рационального применения гофрированных элементов;
разработан общий методологический подход к оптимальному проектированию конструкций с гофрированными элементами;
усовершенствованы основные методы производства гофрированных элементов, что делает возможным осуществление автоматизированного изготовления переменно-гофрированных элементов.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
разработан и исследован новый тип двутавровых металлических балок с переменным гофрированием стенки;
усовершенствованы известные и предложены новые решения конструкций с гофрированными элементами;
развит метод оценки устойчивости элементов конструкций с гофрированной стенкой;
разработан обобщенный метод моделирования гофрированных элементов и других элементов схожей геометрии;
разработана методика расчета и анализа изгибаемых конструкций с гофрированной стенкой на основе МКЭ;
исследованы вопросы НДС и устойчивости балок с традиционно - и переменно – гофрированной стенкой для характерных схем нагружения.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
на основе проведенных исследований разработаны рекомендации по проектированию конструкций с гофрированными элементами;
разработаны усовершенствования различных способов производства гофрированных изделий;
предложены принципы и обоснованы предпосылки рационального конструирования двутавровых балок с гофрированной стенкой традиционного и переменного решений;
предложен критериальный подход к области эффективного применения гофрированных элементов.
Внедрение исследований. Основные результаты исследований используются в практике проектирования промышленных объектов с несущими металлическими конструкциями с гофрированной стенкой Проектным институтом №2. Акт внедрения №981/22 от 18 июля 2007 года приводится в приложении к диссертации.
Достоверность полученных результатов основывается на использовании апробированных методов теории тонкостенных стальных стержней и теории устойчивости пластин; сопоставлении результатов расчетов с теоретическими и экспериментальными исследованиями других авторов; а также на многочисленных примерах компьютерного моделирования работы конструкций с применением МКЭ.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях «Строительство – формирование среды жизнедеятельности» (Москва, 2006, 2007 и 2008 гг.); заседаниях кафедры «Металлические конструкции» ГОУВПО МГСУ (2005, 2006, 2007 гг.).
Публикаци. По материалам исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах из Перечня ВАК РФ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и приложений. Объем работы составляет 195 листов машинописного текста, в т.ч. 21 таблица и 77 рисунков, список литературы включает 105 наименований.
