Напряженно-деформированное состояние рамной конструкции из стальных гнутых профилей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат наук Любавская Ирина Владимировна

• Любавская Ирина Владимировна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Любавская Ирина Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ ТОНКОЛИСТОВЫХ ХОЛОДНОГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ

1.1.Применение тонколистового проката в строительстве

1.2.Обзор экспериментальных исследований действительной работы рамных конструкций на основе холодногнутых профилей

1.3.Теоретические исследования действительной работы рамных конструкций на основе холодногнутых профилей

1.4.Конструктивные решения рамных конструкций из тонколистового проката

Выводы по главе

ГЛАВА 2. УСТОЙЧИВОСТЬ СТЕРЖНЯ ПЕРЕМЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ

2.1. Устойчивость сжатого стержня переменной жесткости с шарнирным закреплением концов

2.2. Потеря устойчивости сжато-изогнутого стержня переменной жесткости

2.2.1. Устойчивость сжато-изогнутого стержня переменной жесткости с шарнирным закреплением концов

2.2.2. Устойчивость сжато-изогнутого стержня переменной жесткости с шарнирным закреплением одного края и жестким -другого

2.2.3. Устойчивость сжато-изогнутого жестко опертого стержня переменной жесткости

2.3. Устойчивость сжатого жестко опертого с одной стороны и упруго опертого с другой стороны стержня переменной жесткости

Выводы по главе

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ РАМНОЙ КОНСТРУКЦИИ

3.1. Численное моделирование рамных конструкций

3.2. Моделирование работы ригеля рамы

3.3. Учет местной устойчивости полок профиля в составе рамной конструкции

Выводы по главе

ГЛАВА 4. НАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ РАМЫ ИЗ ХОЛОДНОГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ

4.1. Подготовка испытаний

4.1.1. Характеристика испытываемой конструкции

4.1.2. Монтаж рам

4.2. Методика проведения испытаний

4.2.1. Схема расстановки измерительных приборов

4.2.2. Режим загружения конструкции

4.3. Порядок проведения испытаний

4.3.1. Этап испытания №1

4.3.2. Этап испытания №2

4.3.3. Этап испытания №3

4.3.4. Изучение действительной работы колонны как внецентренно-сжатого элемента

4.3.5. Изучение работы ригеля рамы

4.4. Анализ результатов испытаний

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Изостабы для жестко опертого стержня переменной

жесткости

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Критические напряжения пластинки, подкрепленной

ребром

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Основные положения расчета и проектирования рамных

конструкций из холодногнутых стальных профилей

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Свидетельство о государственной регистрации программ

для ЭВМ

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Акты внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Напряженно-деформированное состояние рамной конструкции из стальных гнутых профилей»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Металлопрокат - это основная продукция стабильно функционирующей экономики любой интенсивно развивающейся страны. Несмотря на появление новых видов строительных материалов, в том числе синтетических и композитных, стальной прокат востребован в строительстве. Объем выпуска и применения стальных гнутых профилей постоянно увеличивается, что обусловлено преимуществами этого вида проката.

Несущие и ограждающие конструкции из тонколистовых холодногнутых профилей широко применяются в строительстве и имеют ряд особенностей. Прежде всего, это специфика, сложность и повышенная материалоемкость узловых соединений, чувствительность тонкостенных профилей к местным нагрузкам, а так же значительное влияние начальных несовершенств.

Степень разработанности темы исследования.

Одной из причин, сдерживающих развитие строительства зданий и сооружений различного назначения из легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) в России, является недостаточная нормативная база для расчета и проектирования таких конструкций. В мировой практике строительства разработаны нормы и стандарты для проектирования ЛСТК: это европейский стандарт ЕврокодЗ [93-95], американский стандарт [80], австралийские

нормы AS [81], которые учитывают особенности работы холодногнутых профилей из оцинкованной стали в несущих и ограждающих конструкциях зданий различного назначения, но применение этих стандартов на территории Российской Федерации затруднено, так как они не содержат привязки к опыту проектирования и климатическим условиям территории. В Российской Федерации в 2017 году вышла первая редакция СП «Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей и гофрированных листов» [58]. Однако, для использования данного нормативного документа необходимы дополнительные исследования в целях обоснования отдельных положений, разработка программного обеспечения, обучение инженерных кадров.

В связи с этим, уточнение инженерной методики расчета рамных конструкций из холодногнутых парных профилей является актуальной задачей.

Цель работы - уточнение инженерной методики расчета рамных конструкций из стальных холодногнутых профилей на основе теоретических и экспериментальных исследований их напряженно-деформированного состояния.

Задачи исследований:

1) определить область рационального применения рамных конструкций из холодногнутых профилей;

2) определить условие обеспечения совместной работы парных профилей в составе ригеля рамной конструкции;

3) решить задачу устойчивости сжато-изгибаемого стержня переменной жесткости;

4) уточнить расчетную схему несущих элементов в составе рамной конструкции;

5) уточнить методику расчета рамных конструкций из холодногнутых профилей;

6) провести экспериментальные натурные испытания рамной конструкции с целью проверки обоснованности теоретических предпосылок расчета.

Объект исследования. Рамная конструкция из тонкостенных холодногнутых профилей.

Предмет исследования. Напряженно-деформированное состояние рамной конструкции из стальных гнутых профилей.

Научная новизна работы:

1. Получены результаты экспериментальных исследований действительной работы рамных конструкций из стальных гнутых профилей.

2. Установлено, что в местах изменения жесткости происходят значительные деформации элементов.

3. Предложена и обоснована расчетная схема стрежней, работающих в составе рамной конструкции.

4. Решена задача устойчивости сжато-изгибаемого стержня переменной жесткости.

5. Установлено, что на устойчивость стержня значительное влияние оказывает изменение жесткости тонкостенного несущего профиля.

6. Получены значения коэффициента позволяющего учесть влияние переменной жесткости сжато-изгибаемого стержня на расчетную длину.

7. Установлена зависимость величины критического напряжения от шага соединительных прокладок.

8. Уточнена инженерная методика расчета рамных конструкций из холодногнутых профилей.

Теоретическая значимость работы:

- установлено, что в местах изменения жесткости сжато-изгибаемого стержня происходят значительные деформации, что существенно влияет на несущую способность стержня;

- получены значения коэффициента позволяющие учесть влияние изменения жесткости сжато-изгибаемого стержня на его расчетную длину при различных схемах закрепления;

- получены зависимости критических напряжений пластинки, подкрепленной ребром от шага расстановки соединительных прокладок.

Практическая значимость работы состоит в уточнении методики расчета рамных конструкций из стальных гнутых профилей, учитывающей:

- влияние изменения жесткости на устойчивость стержня;

- изменение шага соединительных прокладок, обеспечивающих совместную работу ветвей в составе ригеля рамной конструкции.

Методология и методы исследования. Методологической и теоретической базой для исследования напряженно-деформированного состояния и действительной работы рамных конструкций из холодногнутых парных профилей явились работы ученых в области теории расчета стальных конструкций, проведения испытаний конструкций, математического и численного

моделирования. Диссертационная работа выполнена на основании экспериментально-теоретических исследований.

Личный вклад автора диссертации заключается в выполнении анализа научно-исследовательских работ в области легких стальных тонкостенных конструкций; уточнении методики расчета рамных конструкций из холодногнутых профилей; составление заключений, определяющих практическую значимость и научную новизну работы; оценке результатов экспериментальных исследований; выполнении численных исследований и анализа их результатов.

На защиту выносятся:

1. Результаты натурных экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния элементов рамных конструкций пролетом 18 м из холодногнутых профилей.

2. Результаты исследований стержневых и конечно-элементной моделей рамной конструкции из холодногнутых профилей.

3. Результаты численных исследований устойчивости сжатого и сжато-изгибаемого стержня с различным закреплением концов и критического напряжения пластинки, подкрепленной ребром.

4. Практические рекомендации по проектированию рамных конструкций из стальных гнутых профилей с учетом изменения жесткости по длине составных стержней и обеспечения их совместной работы.

Степень достоверности полученных результатов обеспечивается применением классических закономерностей строительной механики в области теории устойчивости и теории пластин и оболочек; использованием апробированных вычислительных комплексов Scad Office и Solid Works; хорошей сходимостью результатов численных расчетов и экспериментальных данных.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и полученные результаты доложены на научно-технических конференциях ЛГТУ (Липецк, 2010-2017), на научном семинаре инженерно-строительного факультета ЛГТУ; на научно-технических конференциях различных уровней (Липецк, 2013г.; Белгород, 2014г.; Минск, 2015 г.; Москва, 2015г.; г. Чебоксары, 2017г.),

на научном семинаре секции НТС «Металлические конструкции» ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко АО НИЦ «Строительство» 06 апреля 2016г.

Внедрение результатов. Уточненная инженерная методика расчета рамных конструкций из стальных холодногнутых профилей использовалась при проверочных расчетах и проектировании объектов:

- «Комплекс птичников», расположенных в Тульской области, Ясногорском районе, МО Архангельское ООО «Ласар»;

- здания Крольчатника с габаритными размерами 30,6х50 м., расположенного в Липецкой области, Хлевенский район, с. Конь-Колодезь ООО «Промизделия»;

- при расчете и проектировании рамных конструкций ООО «Эксергия-Л».

Основные положения диссертационного исследования внедрены в

учебный процесс при чтении курсов лекций и выполнении научно -исследовательских работ обучающихся по направлению подготовки «Строительство» в ФГБОУ ВО «Липецкий государственный технический университет».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе три статьи (общим объемом 1,56 печатных листа, из них 1,06 печатного листа выполнено лично автором) опубликованы в научных журналах из перечня ведущих рецензируемых научных изданий, рекомендуемых ВАК РФ. Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Объем работы составляет 152 страницы, в том числе 152 страницы машинописного текста, 66 рисунков, 3 таблицы, списка литературы из 1 25 наименований и 5 приложений.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ ТОНКОЛИСТОВЫХ ХОЛОДНОГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ

1.1. Применение тонколистового проката в строительстве

Основным направлением развития экономических отношений в наше время стала общемировая интеграция экономики, которая в наблюдается и в металлургической промышленности.

В современных экономических условиях, национальная металлургическая промышленность - одна из отраслей специализации России. Доля металлургической промышленности в ВВП - 4,7 % (данные Минпромторга России [60]). В общемировом производстве и торговле продукция российской металлургической промышленности занимает значительную. В 2016 году в России было произведено 69,6 млн.т стали, а в 2017 году общемировое производство стали выросло на 5,7% и достигло 410,5 млн.т. [44], динамика производства тонколистового проката представлена на рисунке 1.1. 1,4

1,2

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

I Январь-март

Мировое производство стали, млн тонн

Темп роста

Рисунок 1.1 - Мировой рынок стали [44]

По экспертным оценкам [1], на экспорт Россия отдает до 80% производства цветных металлов и около 70% редких металлов. Тогда как в общемировом производстве Российская Федерация по производству занимает только 6% цветных металлов (никель, медь, алюминий, свинец, цинк, олово). Российская металлургия не отделима от тенденций развития общемировой металлургии и в значительной степени от нее зависит, так как функционирует в общемировых хозяйственных связях.

Как показывает анализ данных таблицы 1.1. [44], производство стали выросло до 69,6 млн. тонн, производство готового проката - до 60,3 млн. тонн. Что говорит о востребованности металлического проката в разных секторах экономики.

Таблица 1.1 - Производство металлопроката по видам

Вид продукции 2012 г. 2013 г. 2014 г. 2015 г. 2016г. 2017 г.

млн.тонн

Чугун 50,5 49,9 51,5 53,7 51,9 52,3

Сталь 70,4 68,9 70,5 69,4 69,6 69,8

Прокат готовый 60,0 59,2 61,2 60,3 60,3 60,3

Прокат плоский с покрытиями 4,7 5,4 5,6 5,6 5,4 5,5

Трубы стальные 9,7 10,1 11,3 11,4 10,1 11,3

Металлопрокат применяют в различных отраслях народного хозяйства. Области применения стального проката в Российской Федерации представлены на рисунке 1.2. Тонкостенные холодногнутые профили - наиболее эффективный вид металлопродукции, что имеет первостепенное значение для обеспечения прогресса всей строительной отрасли.

Темпы выпуска и применения таких профилей в строительстве постоянно увеличиваются, что обеспечено конкурентоспособностью этого вида продукции. Основные преимущества: высокий уровень качества выпускаемой продукции, большой процент механизации и автоматизации производства, возможность получения различных форм поперечного сечения.

Холодногнутые стальные профили — высокоэффективный вид продукции металлургической промышленности (рисунок 1.3) [20], изготовляемой методом непрерывного профилирования (формоизменения) листового металла на профилегибочных агрегатах различных типов. При прохождении через фасонные части исходной плоской заготовке постепенной подгибкой придается необходимая форма сечения готового профиля [2, 14, 30].

Рисунок 1.2 - Применение металлического проката в Российской

Федерации

Стальные гнутые профили - готовые к применению и не требующие дальнейшей обработки детали. Их использование вместе с большой степенью экономии материала, сокращает трудовые затраты на сварку. Использование этих профилей позволяет создавать конструкции, отвечающие требованием эстетики.

А А ■¥ -В £Н*0-

Рисунок 1.3 - Сортамент холодногнутых профилей

В последнее время широко распространено строительство зданий различного назначения из ЛСТК (рисунок 1.4.).

Большое распространение рамных зданий различного назначения [117, 123] на основе холодногнутых оцинкованных профилей связано с рядом преимуществ: •для сборки каркаса не требуется привлечения крупной грузоподъемной техники;

•большое количество вариантов оформления фасада здания; •возможность вести строительно-монтажные работы круглый год; •большая точность изготовления элементов конструкции; •при возведении зданий такого типа на строительной площадке сведены к минимуму не перерабатываемые отходы, что не наносит вреда окружающей среде;

•долговечность, это связано с тем, что холодногнутые профили защищены от коррозии на протяжении всего срока службы здания.

й е л

и ф

о р

п

х

ы

т у

унг

о

н

д

о л о

х

х

ы

н

н

е

т

с

о

к

н

о

т

з

и

й

и ц

к

у

р

т с н о к я и

ица

к

и ф

и с с а

к о

н

у

с и Р

Сооружения на основе холодногнутых профилей являются экономически эффективными по сравнению с конструкциями из прокатного металла.

При оценке экономической эффективности [20] строительных конструкций одним из важнейших критериев считается критерий технологичности.

Стрелецким Н.С. и Лихтарниковым Я.М. впервые были заложены принципы учета технологичности строительных металлических конструкций были заложены [37, 62]. Подход к оценке эффективности строительных конструкций основан на выявлении коэффициентов, связывающих трудоемкость изготовления с параметрами конструктивной формы.

Н.С. Стрелецким и Д.Н. Стрелецким [61, 62] было введено понятие «конструктивно-технологическое проектирование», которое учитывало три фактора: технологические возможности оборудования, эргономику выполнения работ и применение новых материалов.

Технологичность - это сумма необходимых затрат (материалов, труда, средств, времени) необходимых для эксплуатации, транспортировании, изготовлении и монтаже конструкций [62].

Для большинства металлических конструкций операции по изготовлению и технология монтажа мало зависят от вида конструкции [51, 55]. Повторяется одна и та же цепочка операций: очистка проката, его резка на заготовки, предварительная стыковка листовой стали, образование отверстий (при необходимости), гибка, строгание, фрезерование, вторичная правка деталей (при необходимости). В сборочно-сварочных цехах производится сборка конструкций из отдельных деталей, собранные конструкции сваривают и правят (при необходимости). Крупногабаритные и сложные конструкции подвергают общей (контрольной) сборке, в процессе которой производится подгонка отправочных элементов, сверление монтажных отверстий, подготовка кромок под монтажную сварку, фрезерование торцов. Изготовленные конструкции отправляются в маляропогрузочный цех, где осуществляется их антикоррозионная защита [30].

При учете технологичности металлических конструкций себестоимость изготовления тесным образом связана с производительностью труда. Показателем производительности труда является трудоемкость, на основе которой определяются затраты на заработную плату.

Данные о трудоемкости технологического процесса позволяют судить об уровне производства, определяют пути повышения производительности и дают оценку качества технологического процесса. В процессе изготовления металлических конструкций наибольший удельный вес составляют три технологических процесса: обработка, сборка, сварка.

Оборудование, задействованное на производстве, является универсальным для производства всех видов металлических конструкций. Это листоправильные вальцы, углоправильные вальцы, листогибочные вальцы, правильно-гибочные прессы, гильотинные и пресс-ножницы, уголковые ножницы, пилы, газорезательные машины, дыропробивные прессы, сверлильные станки, кромкострогальные станки, листогибочные прессы.

Другая технология изготовления присуща металлическим конструкциям из холодногнутых профилей. Такие конструкции изготавливают на автоматизированных поточных линиях безотходного производства.

Основные операции: разматывание рулона, резка на штрипсы, перемотка, формование, образование отверстий, резка на мерные длины.

Изготовление холодногнутых профилей возможно следующими способами: холодный гиб листа и прокатка через валки. Управление агрегатами ручное с применением элементов автоматизации технологического процесса позволяет вести управление технологическими процессами такого производства.

Указанные способы изготовления холодногнутых профилей имеют существенные недостатки. К недостаткам первого способа относят: ограничение длины профиля длиной штампа, к недостаткам второго - низкое качество поверхности профиля, возникающее вследствие сил трения во время перехода заготовки между валками.

Возможности современного оборудования позволяют изготавливать неограниченное количество типоразмеров профилей. Такое оборудование универсально, компактно, не требует больших капитальных затрат. Применяемые механизмы позволяют создавать из металлического листа профили различного поперечного сечения с цинковым покрытием, повысить точность изготовления, и, как следствие, расширить сортамент профилей.

Поточные листогибочные линии, применяемые в современном производстве, позволяют производить профили с отгибами, выштамповками, что придает профилям дополнительную жесткость. Такие профили принято называть профилями повышенной жесткости.

На рисунке 1.5 приведены наиболее часто используемые при проектировании и строительстве [2, 54, 89] типы холодногнутых профилей с толщиной от 1,0 до 4,0 мм

а

Рисунок 1.5 - Наиболее распространенные типы стальных гнутых профилей

из толщиной 1,0-4,0 мм: а - одиночное сечение; б - парное сечение

Для изготовления каркасов зданий используют номенклатуру гнутых профилей следующих поперечного сечения - швеллерные, /-образные, С-образные и Х-образные. Высота профилей - от 100 до 350 мм. На стенках

профилей создают дополнительные гибы, которые позволяют повысить жесткость профиля (при действии сосредоточенной нагрузки и кручении). Оцинкованная сталь, применяемая для изготовления профилей, имеет толщину от 1,0 до 4,0 мм, на производство поставляется рулонами [27, 33].

По данным производителей [54] масса цинка (суммарно) на рулонной стали должна составлять не менее 275 г/м2. Цинковое покрытие обеспечивает коррозионную стойкость профилей при эксплуатации каркаса в условиях слабоагрессивной или неагрессивной среды в течение как минимум 25 лет. Для повышения коррозионной стойкости профили выполняются с лакокрасочным или полимерным покрытием. При использовании стальных гнутых профилей в ограждающих конструкциях на их стенки наносят перфорацию с целью снижения теплопроводности [70, 97].

В современной России возведены и функционируют значительные объемы заводских площадей по производству стальных гнутых профилей и строительных конструкций на их основе. Объем возведения зданий различного назначения из стальных гнутых профилей постоянно увеличивается (таблица 1.2).

Таблица 1.2 - Оценка объемов строительства в Российской Федерации на период 2012-2019 гг.

Показатель 2012г. 2013г. 2014г. 2015г. 2016г. 2017г. 2018г.

Жилое строительство, млн.кв.м. 70,6 80,0 83,6 87,7 91,7 96,2 101,2

Соотношение объемов

возведения нежилой и 0,59 0,56 0,52 0,48 0,44 0,40 0,36

жилой недвижимости

Промышленное строительство, млн. кв.м. 41,91 44,44 43,24 42,02 40,43 38,74 36,89

Общий объем строительства, млн. кв.м. 112,5 124,4 126,8 129,7 132,1 134,9 138,1

Доля применения ЛСТК в строительстве, % 2,2 3,1 4,0 4,8 5,7 6,6 7,4

Строительство из ЛСТК (общий объем), млн.кв.м. 2,51 3,85 5,02 6,25 7,51 8,83 10,23

Строительство из ЛСТК (общий объем), тыс. тонн 125,3 192,3 250,8 312,5 375,4 441,6 511,6

Каркасные здания на стальных гнутых профилей используются в качестве многофункциональных зданий комплектной поставки гражданского и промышленного назначения. Свободная планировка каркасных зданий из стальных гнутых профилей позволяет использовать размещать любое оборудование, в том числе оборудование под доильно-молочные блоки, телятники и т.д. Такие здания используются как укрытия для техники, приемо-сортировочные пункты, спортивные залы, выставочные павильоны, а так же для размещения комплексов по содержанию крупного рогатого скота, и в качестве сенохранилищ [72].

В 1980 г. в системе Минмонтажспецстроя СССР был создан «Главспецлегконструкция». Данная организация занималась проектированием, изготовлением и вопросами монтажа легких конструкций. К легким конструкциям относились и конструкции из холодногнутых профилей. В это же время в Липецке был образован Липецкий отдел «ЦНИИпроектлегконструкция» под руководством д.т.н., профессора Горева В.В. [27, 28]. Основные типы рамных конструкций из холодногнутых профилей, разработанные в то время, представлены в таблице 1.3.

Технические решения рамных каркасов разрабатывались для одноэтажных отапливаемых зданий различного назначения. В это время строительная отрасль принадлежала к числу приоритетных, поэтому развивалась высокими темпами [72, 73].

После распада СССР «Главспецлегконструкция» утратил контроль над проектными институтами и заводами, занимающимися проектированием и изготовлением конструкций из холодногнутых профилей. Но наиболее пагубным явилось то, что наряду с падением производственного потенциала отрасли и потерей контроля над ее материальными и финансовыми потоками, была утрачена координация в научно-технической и проектно-конструкторской сфере, деградировала система подготовки и переподготовки научных и производственных кадров, обобщения передового опыта. Устарела система нормативно-технических документов (ГОСТы, СНиПы и т.д.) [27]

Таблица 1.3 - Виды поперечных рам каркасов зданий

-2-

Расход стали на 1 м покрытия,

кг

Эскиз рамы

Пролет рамы, м

Высота рамы, м

Шаг

рам, м

Тип применяемых профилей

Количество типоразмеров профилей

Масса рамы, кг

беспрогонного

с прогонами

Количество элементов в раме

4,2

2

398

11,1

379

10,5

6,0

481

13,4

448

12,4

16,1

15,5

18,4

17,4

3

12

4,2

618

12,9

6,0

733

15,3

17,9

20,3

12

4,2

574

12,0

6,0

693

14,4

17,0

19,4

16

16

12

15

18

4,2

380

7,9

6,0

464

9,7

6,0

754

6,0

950

12,9

14,7

15,5

15,7

30

30

30

30

4

2

3

9

2

3

4

2

3

2

4

4

2

4

5

4

5

3

4

3

6

7

6

7

Вновь образовавшиеся предприятия выпускают продукцию, востребованную рынком, по Техническим Условиям, Рекомендациям, не всегда зарегистрированным установленным порядком в Росстандарте и апробированным в практике строительства.

В Российской Федерации в 2017 году вышла первая редакция СП «Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей и гофрированных листов» [58]. Однако для использования данного нормативного документа необходимы дополнительные исследования в целях обоснования отдельных положений, разработка программного обеспечения, обучение инженерных кадров.

1.2. Обзор экспериментальных исследований действительной работы рамных конструкций на основе холодногнутых профилей

Применение холодногнутых тонкостенных профилей в несущих рамных конструкциях началось с использования их при строительстве ангарных теплиц пролетами 14 и 18 метров, соединяемых в блок коридорами. Строительство осуществлялось по проектам научно-исследовательского и проектного института «Гипронисельпром» [43].

В 1971 году проектные институты «Гипронисельпром» и «УкрНИИмет» совместно разработали технологию изготовления и формы поперечного сечения профилей для элементов конструкции теплиц со стеклянными форточками. Была выпущена пилотная партия стоек, коньковых элементов и деталей форточек теплиц. В 1972 году были разработаны номенклатура и рекомендации по применению гнутых профилей в сооружениях такого типа.

В период с 1984 по 1985 год были проведены разработки ангарных теплиц силами Ворошиловградского института Гипромтеплица пролетом 21 м, площадью 3 га, с применением алюминиевых ограждающих конструкций.

Теплицы пролетом 18 метров, разработанные Воронежским филиалом ЦЭКТБ Промтеплица, серийно выпускались Воронежским опытным заводом металлоконструкций. Элементы конструкции, при относительно низком расходе

-5

металла (13,5 кг/м ), обладают повышенными затратами на изготовление, значительным количеством элементов со сплющенными (холодная гибка) концами и сварных деталей. Впоследствии эта конструктивная форма теплиц усовершенствовалась, в частности, изменения коснулись конструкции ригеля и связевых блоков.

Однако, внесение изменений в конструкцию теплиц осуществлялось без подкрепления соответствующими экспериментально-теоретическими

исследованиями.

Значительный вклад в исследования, разработки и экспериментальное строительство ангарных теплиц внес ЦНИИСК им. Кучеренко. Были проведены комплексные натурные испытания рамных теплиц пролетами 18 м и 24 м.

Опытный образец (рисунок 1.6) представлял собой отдельно стоящую раму, раскрепленную из плоскости, предназначенную для восприятия

л

вертикальной нагрузки величиной 0,8 кН/м . Нагружение осуществлялось ступенями.

Рисунок 1.6 - Каркасы унифицированных ангарных теплиц: пролетом 18 м и

пролетом 24 м

Испытания показали, что при превышении расчетной нагрузки в 1,3 раза материал работал упруго. При нормативной нагрузке значения прогибов составили: экспериментальные - 32,9 мм (1/730 пролета), теоретические - 31,7 мм (1/757 пролета).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Любавская Ирина Владимировна, 2018 год

V //

X. 4 ^^ ч ч У ✓ Ж

• эксп

• теор

пре дельный

1 п :рогиб

97% предполагаемой нагрузки

Координаты осей, м

\ 2,25 4,5 6,75 9 11,25 13,5 15,75 Ж* г*

ч , ч к ч \ ч \ ч у

Ж ч ч ч ✓ эксп теор

предел ьный

про1 иб

<

3 -4 о 4

ю" «

и

о

-1о

-12

Рисунок 4.10 - Сравнение фактических и теоретических прогибов ригеля.

о

Сравнение напряжений по показаниям датчиков с теоретическими при

2

полном и редуцированном сечении показало, что до нагрузки 153 кг/м работало все сечение (рисунок 4.11, 4.12). В процессе увеличения нагрузки до 187 кг/м произошло выключение из работы части сжатых полок профилей (рисунок 4.11, 4.12).

Рисунок 4.11 - Фактические напряжения в стойке (по этапам нагружения)

После приложения испытательной нагрузки 187 кг/м2 (215 кг/м2 с учетом собственного веса конструкций) произошла местная потеря устойчивости полок профилей стойки в месте сопряжения с карнизной фасонкой. Прогиб ригеля превысил предельную величину по [56]. Полная предельная нагрузка на покрытие испытываемой конструкции с учетом собственного веса составила 215 кг/м2.

Рисунок 4.12 - Фактические напряжения в ригеле (по этапам нагружения)

4.3.3. Этап испытания №3

2 2

При равномерно распределенной нагрузке 191кг/м (219 кг/м с учетом собственного веса покрытия) показания прогибомеров после 30 минут выдержки не стабилизировались. Проведена выдержка в течение 12 часов. Рост деформаций прекратился. Обнаружено искривление сжатых полок профилей ригеля на участке сопряжения ригеля с карнизной фасонкой.

Принято решение частично разгрузить конструкцию и усилить сечение ригеля аналогично усилению стойки (рисунок 4.13).

Рисунок 4.13 - Усиление стойки

Снятие нагрузки осуществлялось вручную. В результате действия дополнительной сосредоточенной нагрузки на покрытие от веса двух человек (200 кг) несущая способность конструкции была исчерпана.

Произошел прогиб ригеля на 10-12 см до уровня страховочных подмостей. Обнаружено выпучивание сжатых нижних полок в месте сопряжения с карнизной фасонкой (рисунок 4.14).

Нагружение конструкции в процессе испытаний производилось от конька к карнизу. Это сделано с целью изучения работы конструкции в наиболее неблагоприятных условиях.

Проведено сравнение напряжений в наиболее опасном сечении ригеля (сечение №2, рисунок 4.1) при фактической схеме нагружения и при равномерном нагружении.

Рисунок 4.14 - Выпучивание сжатых нижних полок ригеля в месте сопряжения с карнизной фасонкой

Результаты сравнения приведены на рисунке 4.15. График №1 показывает зависимость теоретических напряжений в сжатых полках сечения от равномерно распределенной нагрузки, график №2 - теоретические напряжения при фактической схеме приложения нагрузки от конька к карнизу, график №3 построен по показаниям тензодатчика в сжатой полке сечения.

Из графика (рисунок 4.15) следует, что схема нагружения, используемая в процессе испытаний, создает более неблагоприятные условия работы ригеля конструкции, чем равномерно распределенная нагрузка.

нагрузка, кг/м2

Рисунок 4.15 - Зависимость напряжений от схемы нагружения

конструкции

4.3.4. Изучение действительной работы колонны как внецентренно-сжатого

элемента

Сравнение экспериментальных данных второго испытания с теоретическими, полученными из принятой расчетной схемы (рисунок 4.16) с жестким сопряжением колонны с фундаментом и постоянной жесткостью ригеля и стоек, приведено на рисунке 4.17 (а). В этом случае напряжения по показаниям тензометров и теоретические из расчетной схемы с жестким сопряжением колонны и фундамента, имели противоположные знаки.

На рисунке 4.17 (б) представлены графики напряжений, полученные из расчетной схемы с шарнирным опиранием колонны на фундамент. Распределение напряжений по сечению нижней части колонны соответствует схеме с

шарнирным опиранием колонны. Конструкцию базы, используемую для данной рамы, в расчетной схеме принято считать жесткой.

Рисунок 4.16 - Расчетная схема рамы с жестким опиранием стойки

В третьем испытании после усиления сечений стоек нагружение конструкции началось с 42% от предполагаемой предельной нагрузки. После второго испытания тензометры были сняты и определить фактические напряжения в сечении колонны после усиления не представлялось возможным. Поэтому графики напряжений на рисунке 4.18 построены по приращению усилий и изгибающих моментов от нагружения после 42% от предполагаемой предельной нагрузки.

По рисунку 4.18 видно, что распределение напряжений по сечению нижней части колонны соответствует схеме с жестким опиранием колонны. В дальнейшем расчетную схему стоек принимаем как жестко опертого стержня (база колонны принята жесткой).

а)

б)

5,0

~й0,0 и '

к

*

§5,0 §

я

-10,0

-15,0

2,0 1,0

0,0 |1,0

«

и

§3,0

г

ев

ЕЗС4,0

-5,0 -6,0 -7,0

к. ТГ5, ТГ6 теор ■ /

—1 ТГ8

\ ч -*-—ТГ7 ТГ5

ТГ7, ТГ8^ теор ТГ6

\ \ -

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Нагрузка, %

к ТГ7, ТГ8

___ — теор.

—~ ТГ8 ТГ7

\ \ X»

\ % \

ТГ5, ТГ6 Ч \\ \ \ ч Л ТГ5

теор. N ^ ^ ТГ6

\ N -*

0%

20% 40% 60% 80% 100%

Нагрузка, %

Рисунок 4.17 - Сравнение фактических напряжений с теоретическими во втором испытании:

а) - по схеме с жестким сопряжением колонны с фундаментом;

б) - по схеме с шарнирным сопряжением колонны с фундаментом.

Рисунок 4.18 - Сравнение фактических напряжений с теоретическими в

сечении №5

4.3.5. Изучение работы ригеля рамы

Потеря несущей способности конструкции после усиления колонн произошла при 99% от предполагаемой нагрузки в результате смятия стенки и местной потери устойчивости сжатых полок профилей на участке сопряжения с

л

карнизной фасонкой. Разрушающая нагрузка составила 219 кг/м с учетом собственного веса конструкций. Проверочный расчет с учетом фактической схемы приложения нагрузки для сечения №2 (рисунок 4.1) показал, что испытательная нагрузка, соответствующая последней ступени нагружения, является разрушающей.

Местная потеря устойчивости полок профилей колонны и возникшие пластические деформации привели к резкому увеличению прогиба одной половины ригеля по сравнению с другой (рисунок 4.19). До начала местной потери устойчивости максимальный прогиб ригеля рамы превышал теоретический на 23%.

Остаточный прогиб после первого этапа испытания составлял 1,65 см -28% общего прогиба (рисунок 4.19 а). а)

Координаты узлов, м

Рисунок 4.19 - Сравнение экспериментальных прогибов:

а) в первом испытании;

б) во втором испытании

На рисунке 4.20 приведены графики прогибов ригеля в третьем этапе испытании после усиления сечения колонны в месте сопряжения с карнизной фасонкой. Испытание проводилось при наличии начального прогиба, вызванного пластическими деформациями после местной потери устойчивости полок колонны во втором испытании.

Координаты узлов, м Точки расстановки прогибомеров

Рисунок 4.20 - Сравнение экспериментальных прогибов в третьем

испытании

Анализ экспериментальных данных показал, что деформативность конструкции на 17-23% превышает расчетную. При этом, до нагрузки 187 кг/м2 прогибы конструкции не превышают предельного значения в соответствии с нормативными требованиями [56, 57].

4.4. Анализ результатов испытаний

Для оценки результатов натурных испытаний были проведены проверочные расчеты несущей способности рамы при нагрузках, действовавших в момент разрушения конструкции. Расчет произведен с использованием ПК «SCAD». Выбор начальной расчетной схемы основан на следующих предположениях:

- жесткое сопряжение элементов ригеля со стойками и между собой;

- жесткое сопряжение стоек с фундаментом;

- шарнирное примыкание затяжки в карнизном узле;

В раме имеются участки с переменной жесткостью. Это участки, на которых профили ригеля и колонны соединены с карнизной фасонкой, а также участки соединения профилей между собой с помощью фасонки в коньке. В связи с этим было рассмотрено два варианта расчетной схемы, отличающиеся способом задания жесткости элементов в карнизном и коньковом узлах.

Первая расчетная схема испытываемой конструкции (рисунок 4.21): жесткость элементов принята постоянной. Длина стержней принималась равной геометрической длине по осям.

Рисунок 4.21 - Первая расчетная схема рамы

Вторая расчетная схема испытываемой конструкции (рисунок 4.22): участки ригеля и стойки, соединенные фасонками, разбивались на несколько участков с разными жесткостями. Сечение представляло собой ступенчатую балку. Точность результата в этом случае зависит от количества участков, на которые разбит элемент. В данном случае участок длиной 1,4 м, на котором профиль соединяется с фасонкой, разбит на три части, жесткость которых увеличивалась к карнизу.

Рисунок 4.22 - Вторая расчетная схема рамы

Третья расчетная схема испытываемой конструкции (рисунок 4.23): для стержневых элементов задавалось сечение из парных профилей, в карнизных и коньковом узлах вводилась пластина толщиной 6 мм, моделирующая фасонку.

Сравнение теоретических напряжений, полученных из расчетных схем №1 и №2 показало, что расхождение с данными эксперимента до начала потери устойчивости полок не превышает 88-94%.

Рисунок 4.23 - Третья расчетная схема рамы

Расхождение напряжений, полученных по третьей схеме с данными эксперимента достигало 62%, что говорит о лучшей сходимости с данными эксперимента (рисунок 4.24).

Расчетная схема с учетом фактической жесткости узлов более точно описывает действительное напряженно-деформированное состояние конструкции. Введение в стержневую расчетную схему пластин, моделирующих фасонки, наиболее корректно описывает действительную работу рамной конструкции из стальных холодногнутых профилей, что подтверждается данными натурного эксперимента.

Разрушения в процессе испытаний происходили в местах наибольших изгибающих моментов в местах сопряжения профилей с карнизной фасонкой (рисунок 4.14).

При проектировании необходимо учитывать существенное влияние фактической жесткости узлов на распределение напряжений в элементах рамы. В дальнейшем в качестве расчетной схемы рамы принята схема с учетом фактической жесткости узлов (с введёнными в расчетную схему пластинками, моделирующими фасонки).

30 20

1 10

о

и 0 я

Ц-10

а

Я-20 -30 -40

15 10 5 0 -5

&10

Я -15

-20

-25

к Се> 1ени № 1

2 з 4 5 6 9 10

/

1 ^эк спер] имен г

г ** ■-3 )асче тная схем а

к Се чен ие )

1 2 3 4 6

7 9 10

э1 спе риме нт

г

15 10

-15

-20

Рисунок 4.24 - Сравнение экспериментальных и теоретических напряжений в 4 ступени для всех сечений (третья расчетная схема)

Рассмотренная в главе 2 задача устойчивости стержня переменной жесткости для рассматриваемой конструкции является актуальной. При численном решении уравнения (2.29) наименьшим корнем этого уравнения для данной задачи является ц'=1.76. Сравнение теоретических и экспериментальных (рисунок 4.25) данных говорит о хорошей сходимости (в пределах 8-11 %) данного случая закрепления с реальной работой конструкции.

Рисунок 4.25 - Сравнение теоретических и экспериментальных данных (по способам закрепления) для стойки

Однако, учет фактической жесткости пружины сопряжен со значительными трудностями, так как на ее характеристики влияет множество факторов: длина здания, места установки связевых блоков и др. Приведенное численное значение отражает испытываемую конструкцию, работающую в составе блока из четырех рам (рисунок 4.3)

Для выявления действительного закрепления ригеля и стойки в составе рамной конструкции из холодногнутых профилей было проведено сравнение экспериментальных данных и данных, полученных в ходе теоретических расчетов.

Расчет производился поэлементно [47,79] по методике, предложенной в [57]. Редуцированные характеристики сечения определены по [58]. Анализ теоретических и экспериментальных данных представлено на рисунке 4.25.

Из графиков (рисунок 4.24) следует, что ригель и стойка в составе рамной конструкции из холодногнутых профилей работают как жестко-опертые сжато-изгибаемые стержни. Расхождение теоретических и экспериментальных результатов составило по ступеням нагружения 15...28% (рисунок 4.24.).

а)

б)

способам закрепления):

а) для стойки;

б) для ригеля.

Хорошая сходимость экспериментальных и теоретических результатов говорит о том, что учет изменения жесткости в таких конструкциях по

предложенной методике необходим и удовлетворительно описывает характер напряженно-деформированного состояния конструкции.

Результаты численных имитационных вычислений представлены на рисунках 4.27, 4.28. Кривая SolidWorks_1 - результаты расчета с приложением равномерно-распределенной нагрузки, и кривая SolidWorks_2 - результаты расчета с приложением сосредоточенной нагрузки в ригеле рамы как на 3 этапе испытаний, что повлекло за собой потерю местной устойчивости ригеля рамы. Расхождения с результатами эксперимента в пределах 18...20%.

Ступень нагружения,№

0 -5 -10

(N

S 1С

-tJ-15

-20

рп-25

а н

-30 -35 -40

4 ■

So lidWc rks_2

эк спери мент

So lidWo rks_1

<N

s

о

я р

-10

15

-20

-25

Ступень нагружения, №

l

<

Рисунок 4.27 - Результаты расчета (сечение 1, сечение 2). (по этапам загружения конструкции)

0

Характер деформации рамной конструкции, полученный в ходе имитационного моделирования, и в ходе эксперимента совпадают (рисунок 4.29, 4.30).

Точки расстановки пшгибомешв,м

s

L-

о &

-10

-12

■экспериментальные прогибы

прогибы Solid Works

Рисунок 4.28 - Результаты расчета (прогибы 4 ступени нагружения).

Рисунок 4.29 - Характер деформации рамной конструкции (место сопряжения ригеля и карнизной фасонки): а) данные эксперимента; б) данные, полученные в ходе моделирования.

| ща

I

Рисунок 4.30 - Характер деформации рамной конструкции (база стойки):

а) данные эксперимента; б) данные, полученные в ходе моделирования

Опасными местами с точки зрения потери несущей способности для исследуемой конструкции являются места перемены жесткости: узлы соединения ригеля и стойки с фасонками.

Хорошее совпадение экспериментальных данных и значений, полученных в результате численного моделирования говорит о достаточно точном прогнозировании работы рамной конструкции под нагрузкой и корректности введенной расчетной схемы.

По результатам анализа расчетную схему конструкции рамы следует принимать исходя из следующих предпосылок:

- жесткое сопряжение элементов ригеля со стойками и между собой;

- шарнирное примыкание затяжки в карнизном узле;

- необходимо учитывать фактическую жесткость узла при задании жесткостных характеристик стержней для статического расчета;

- жесткое сопряжение стоек с фундаментом;

- использовать редуцированные характеристики несущего профиля по

Выводы по главе 4

1. Несущая способность рамной конструкции пролетом 18 м из холодногнутых оцинкованных профилей производства ЗАО «Эксергия» по результатам натурных испытаний составила 215 кг/м2 (с учетом собственного веса конструкций) при шаге рам 3 м. Потеря несущей способности конструкции произошла в результате потери местной устойчивости сжатых полок колонны на участке сопряжения с карнизной фасонкой.

2. Получена работоспособная стержневая расчетная модель рамной конструкции из холодногнутых парных профилей

3. В расчетной схеме необходимо учитывать фактическую жесткость карнизных и конькового узлов при задании жесткостных характеристик стержней для статического расчета.

4. При расчете необходимо учитывать редуцирование сечения сжато -изгибаемых элементов рамы.

5. Расчетную схему конструкции рамы с затяжкой следует принимать исходя из следующих предпосылок:

- жесткое сопряжение элементов ригеля со стойками и между собой;

- жесткое сопряжение стоек с фундаментом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Рамные конструкции из стальных гнутых парных профилей широко востребованы при возведении зданий различного назначения. Областью применения рамных конструкций из холодногнутых профилей являются здания промышленного и сельскохозяйственного назначения, пролетом от 9 до 24 м, высотой в коньке до 7 м, возводимые в I-IV снеговых районах.

2. Проведены экспериментальные исследования рамной конструкции из стальных холодногнутых профилей пролетом 18м, в результате которых получены данные о напряженно-деформированном состоянии конструкций. Определено, что в местах изменения жесткости происходят значительные деформации элементов, что подтверждено моделированием в программном комплексе Solid Works.

3. Разработаны работоспособные расчетные модели рамной конструкции (стержневая и конечно-элементная), хорошо описывающие их действительную работу под нагрузкой.

4. Установлен подход для определения устойчивости сжатого и сжато-изгибаемого стержня переменной жесткости. Выявлена хорошая сходимость экспериментальных и теоретических данных, составившая до 15%

5. Уточнена расчетная схема стержней, работающих в составе рамной конструкции. Исследования показали, что жесткое сопряжение наиболее точно соответствует реальной работе конструкции.

6. Решена задача устойчивости сжато-изгибаемого стержня переменной жесткости с различным закреплением концов.

7. Получен коэффициент ц' определяющий расчетную длину сжато-изгибаемого стержня переменной жесткости.

8. Доказано и экспериментально подтверждено существенное влияние шага соединительных прокладок на совместную работу профилей в составе сечения.

9. Уточнена методика расчета рамных конструкций из холодногнутых профилей с использованием редуцированных характеристик сечения и уточнённым значением расчетной длины стержня.

Рекомендациями и перспективами дальнейшей разработки темы являются:

- разработка эффективных узлов соединения элементов рамных конструкций из холодногнутых профилей;

- разработка обоснованного подхода к расчету редуцированных характеристик холодногнутых профилей;

- разработка и исследование новых конструктивных решений рамных конструкций из холодногнутых профилей.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Аналитическая записка о состоянии металлургической отрасли Комитета ТПП РФ по металлургии - М, 2016 - 46с. URL: http: http://pandia.ru/text/80/381/13804.php (дата обращения: 20.04.2018).

2. Айрумян, Э.Л. Легкие стальные конструкции из холодногнутых оцинкованных профилей - новая прогрессивная отрасль строительной индустрии в России / Э.Л. Айрумян // Труды института. К 100-летию со дня рождения академика Н.П. Мельникова. - М, 2009. - С. 131-142.

3. Айрумян, Э. Л. Перспективы ЛСТК в России / Э.Л. Айрумян Н. И. Каменщиков, М. А. Липленко // СтройПРОФИль - 2013 - № 10 - С.12-17.

4. Айрумян, Э.Л. Рекомендации по расчету стальных конструкций из тонкостенных гнутых профилей / Э.Л. Айрумян // СтройПРОФИль - 2009 - № 8 (78) - С. 12—14.

5. Айрумян, Э.Л. Особенности расчета стальных конструкций из тонкостенных гнутых профилей / Э.Л. Айрумян // Монтажные и специальные работы в строительстве - 2008 - № 3 - С. 2—7.

6. Айрумян, Э.Л. Рекомендации по проектированию, изготовлению и монтажу конструкций каркаса малоэтажных зданий и мансард из холодногнутых оцинкованных профилей производства ООО «БалтПрофиль» / Э.Л. Айрумян. -М.: ЦНИИПСК им. Мельникова, 2004. - 69с.

7. Арменский, М.Ю. Опыт использования численных методов в исследованиях геометрических характеристик тонкостенных профилей / М.Ю. Арменский // Промышленное и гражданское строительство. Труды ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. - 2009. - № 6. - С. 23-26.

8. Аскинази, В.Ю. Пространственная устойчивость элементов стальных рамных конструкций переменной жесткости металлических конструкций: автореф. ...канд. техн. наук: 05.23.01 / Аскинази Владимир Юрьевич. - СПб, 2017. - 26 с.

9. Астахов, И.В. Пространственная устойчивость элементов конструкций из холодногнутых профилей: автореф. ...канд. техн. наук: 05.23.01 / Астахов Иван Витальевич. - СПб, 2006. - 21 с.

10. Белый, Г.И. Пространственная работа и предельные состояния стержневых элементов металлических конструкций: автореф. .д-ра. техн. наук: 05.23.01 / Григорий Иванович Белый. - СПб, 1988. - 32 с.

11. Белый, Г.И. Пространственная устойчивость элементов конструкции из стальных холодногнутых профилей / Г.И. Белый, И.В. Астахов // Монтажные и специальные работы в строительстве.- 2006. - № 9.- С. 21-24.

12. Блейх, Ф. Устойчивость металлических конструкций: пер. с англ / Фридрих Блейх. - М.: Физматгиз, 1959. - 544 с.

13. Брудка, Я. Легкие стальные конструкции: пер. с польского / Ян Брудка, Мечислав Лубиньски; под ред. С.С. Кармилова. - М.: Стройиздат, 1974.- 344 с.

14. Ватин, Н.И. Термопрофиль в легких стальных строительных конструкциях / Н.И. Ватин, Е.Н. Попова - СПб - 2006- 63с.

15. Ведяков, И.И. Несущая способность болтовых соединений легких конструкций из холодногнутых профилей малых толщин / И.И. Ведяков, П.Д. Одесский, Д.В. Соловьев// Промышленное и гражданское строительство. - 2010. - №3. - С. 19-22.

16. Ведяков, И.И. Основы совершенствования Российской нормативной базы по проектированию рамных конструкций / И.И. Ведяков, Л.С. Сулов// Вестник НИЦ Строительство. - 2014. - №11. - С. 5-19.

17. Власов, В.З. Тонкостенные упругие стержни / В.З. Власов. - М.: ГИФМЛ, 1959 - 568 с.

18. Вольмир, А.С. Устойчивость упругих систем / А.С. Вольмир. - М.: ГИФМЛ, 1972 - 879 с.

19. Вольмир, А.С. Устойчивость деформируемых систем / А.С. Вольмир. - М.: Наука, 1967. - 984 с.

20. Гинзбург, А.И. Экономический анализ / А.И. Гинзбург. - Спб.: Питер, 2004. - 480 с.

21. Горев, В.В. Экспериментальное исследование работы несущих металлических конструкций на основе тонколистового проката / Горев В.В. [и др.] // Металлические конструкции. Работы школы профессора Н.С. Стрелецкого. - М.: МГСУ, 1995. - С. 146-148.

22. Горбачев, В. И. Устойчивость стержней с переменной жесткостью при сжатии распределенной нагрузкой / В. И. Горбачев, О. Б. Москаленко // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1, Математика. Механика. - 2012. - № 1. - С. 41-47.

23. Гукова, М.И. Вычисление расчетных длин сжатых стержней / М.И. Гукова, Н.Ю. Симон, А.Е. Свяшенко // Строительная механика и расчет сооружений.- 2012. - №3. - С. 43-48.

24. Динник, А.Н. Устойчивость упругих систем / А.Н. Динник. - М.: ОНТИ НИТП СССР, 1935.-183 с.

25. Долидзе, Д.Е. Испытание конструкций и сооружений / Д.Е. Долидзе. - М.: Высш. шк., 1975.-252 с.

26. Доннелл, Л.Г. Балки, пластины и оболочки / Л.Г. Доннелл. - М.: Наука, 1982. - 568 с.

27. Енджиевский, Л.В. Каркасы зданий из легких металлических конструкций и их элементы / Л.В. Енджиевский. - Красноярск: СФУ, 2010.- 280 с.

28. Енджиевский, Л.В. Ограждающие и несущие конструкции из стальных тонкостенных профилей / Л.В. Енджиевский, И.И. Крылов, А.Н. Кретинин, А.В. Терешкова - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 1998.- 246 с

29. Забельян, З.З. Методы расчета несущих элементов из тонкостенных гнутых профилей / З.З. Забельян// Стройметалл. - №5 (13). - 2009. - С.14-18.

30. Зверев, В.В. Эффективные строительные металлоконструкции на основе объемно-формованного тонколистового проката (исследование, проектирование, изготовление): автореф. .д-ра. техн. наук: 05.23.01 / Зверев Виталий Валентинович. - Воронеж, 2006. - 43 с.

31. Каган-Розенцвейг, Л. М. О расчете упругих рам на устойчивость/ Л. М. Каган-Розенцвейг // Инженерно-строительный журнал. - 2012. - №1(27). - С. 7478.

32. Колесов, А.И. Современные методы исследования тонкостенных стальных конструкции / А.И. Колесов, А.А. Лапшин, А.В. Валов // Приволжский научный журнал. - 2007. - №1. - С. 28-32.

33. Коцарь, С.Л. Технология листопрокатного производства / С.Л. Коцарь, А.Д. Белянский, Ю.А. Мухин. - М.: Металлургия, 1997. - 272 с.

34. Крутий, Ю.С. Задача Эйлера в случае непрерывной поперечной жесткости / Крутий Ю.С. // Строительная механика и расчет сооружений. - 2011. - №2. - С. 27-34.

35. Лалин, В.В. Исследование конечных элементов для расчета тонкостенных стержневых систем / В.В. Лалин, В.А. Рыбаков, С.А. Морозов // Инженерно-строительный журнал. - 2012. - №1. - С. 53-73.

36. Лейтес, С.Д. Устойчивость сжатых стальных стержней / С.Д. Лейтес. - М.: Государственное издательство по литературы по строительству и архитектуре, 1954. - 307 с.

37. Лихтарников, Я.М. Технико-экономическое исследование техноло-гических процессов изготовления металлических конструкций : Труды института / ЦНИИПроектстальконструкция. - М., 1978. - Вып. 23. - С. 93-103.

38. Металлические конструкции В 3 т. Т. 1. Общая часть (Справочник проектировщика) / под общ. ред. В.В. Кузнецова (ЦНИИПСК им. Н.П. Мельникова) - М.: АСВ, 1998. - 576 с.

39. Металлические конструкции В 3т. Т.3. Элементы стальных конструкций: учеб. пособие / Горев В.В., Уваров Б.Ю., Филиппов В.В.; под ред. В.В. Горева.-М.: Высш. шк.,1997. - 527 с.

40. Мещерякова, Е.В. Напряженно-деформированное состояние многослойных конструкций покрытия на основе тонкостенных холодноформованных профилей: автореф. .канд. техн. наук: 05.23.01 / Мещерякова Елена Владимировна. -Липецк, 2007. - 21 с.

41. Москалев, Н.С. Стальные конструкции легких зданий : учебное пособие / Н.С. Москалев, Р.А. Попова. - М.: АСВ, 2003. - 216 с.

42. Нехаев, Г.А. Легкие металлические конструкции : учебное пособие / Г.А. Нехаев - Тула: Издатель ООО «ПрофСтальПрокат», 2012. - 98 с.

43. Новые формы легких металлических конструкций / под ред. В.И. Трофимова.- М.: ИНПА, 1993. - 286 с.

44. Обзор рынка черной металлургии Deloitte, 2017 г. URL://www2.deloitte.com/ru (дата обращения: 20.04.2018).

45. Перельмутер, А.В. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа / А.В. Перельмутер, В.И. Сливкер, - Киев, Изд-во «Сталь», 2002. - 600с.

46. Прочность. Устойчивость. Колебания : справочник в трех томах. Т. 3 / под ред. И.А. Биргера. - М.: Машиностроения, 1968. - 569 с.

47. Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81* "Стальные конструкции" ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. -148 с.

48. Потапов, А.В. Устойчивость стальных стержней открытого профиля с учетом реальной работы материала / А.В. Потапов // Известия КГАСУ. - 2009. -№1. - С. 112-115.

49. Рахимбекова, З.М. Устойчивость за пределом упругости / З.М. Рахимбекова, С.С. Хасенов // Интернет-журнал Строительство уникальных зданий и сооружений. - 2012. - №3. - С. 9-17.

50. Рекомендации по проектированию, изготовлению и монтажу ограждающих и несущих конструкций из стальных гнутых профилей повышенной жесткости -Введ. 07.07.1999. - М., ЦНИИПСК им. Мельникова, 1999. - 40с.

51. Рыбаков, В.А. Основы строительной механики легких стальных тонкостенных конструкций учеб. пособие / Рыбаков В.В. - СПб., Изд-во Политехнического университета, 2011. - 205 с.

52. Сливкер, В.И. Устойчивость стержня под действием сжимающей силы с фиксированной линией действия/ В.И. Сливкер // Строительная механика и расчет сооружений - 2011 - №2 - С. 34-37

53. Солдатов, А.Ю., Анализ устойчивости стальных стержневых систем с учетом нелинейной диаграммы деформирования материала / А.Ю. Солдатов, В.Л. Лебедев, В.А. Семенов // Строительная механика и расчет сооружений. - 2012. -№2. - С. 48-53.

54. Сортамент холодногнутых профилей из оцинкованной стали для строительства - М, 2002. - 150 с.

55. СП 53-101-98. Свод правил по проектированию и строительству. Изготовление и контроль качества стальных строительных конструкций - Введ. 01-01-1999. - Изд. офиц. - М.: Госстрой России, 1999. - 37 с.

56. СП 53-102-2004. Общие правила проектирования стальных конструкций: введ. в действие 2005-01-01.- Изд. офиц. - М.: Госстрой России. -37 с.

57. СП 16.13330.2017 Стальные конструкции, актуализированная редакция СНиП II-23-81* - введ. в действие 2017-08-28.- Изд. офиц. - М.: Госстрой России. -148 с.

58. СП 260.1325800.2016 Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей и гофрированных листов - введ. в действие 2017-06-04.- Изд. офиц. - М.: Госстрой России -116 с.

59. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия, актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* - введ. в действие 2017-06-04.- Изд. офиц. - М.: Госстрой России. -136 с.

60. Стратегия развития металлургической промышленности Российской Федерации до 2020 года, подготовленная Минпромторгом России и другими заинтересованными ведомствами, утвержденная Приказом Минпромторга России от 5 мая 2014 года № 839. URL: http://www.consultant.ru /document/ cons_ doc_ LAW _165502/ (дата обращения: 20.04.2018).

61. Стрелецкий, Н.С. Избранные труды / под ред. Е.И. Беленя. - М.: Стройиздат, 1975. - 423 с.

62. Стрелецкий, Н.С. Проектирование и изготовление экономичных металлических конструкций: материалы к курсу металлических конструкций / Н.С. Стрелецкий, Д.Н. Стрелецкий. - М.: Стройиздат, 1964. - 360 с.

63. Смазнов, Д.Н. Устойчивость при сжатии составных колонн, выполненных из профилей из высокопрочной стали / Д.Н. Смазнов // Инженерно-строительный журнал. - 2009. - № 3. - С 42-49.

64. Смазнов, Д.Н. Конечно-элементное моделирование работы жестких вставок тонкостенных холодноформованных стальных профилей / Д.Н. Смазнов //Научный журнал КубГАУ. - № 67(3). - 2011. - С. 17-23

65. Тарасов, А.В. Экспериментально-теоретические исследования рамных конструкций из стальных тонкостенных холодногнутых профилей: автореф. .канд. техн. наук: 05.23.01 / Тарасов Алексей Владимирович. - Красноярск, 2013. - 21 с.

66. Темис, Ю.М. Сравнение методов анализа устойчивости стержней переменного сечения при неконсервативном нагружении / Ю.М. Темис, И.М. Федоров // Проблемы прочности и пластичности. - 2006. - Вып. 68. - С. 95-105.

67. Технические условия ТУ 1122-146-0249-04. Профили холодногнутые из оцинкованной стали для строительства. / ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова» 27.14.2004. - М., 2004 . - 20 с.

68. Тимошенко, С.П. Устойчивость стержней, пластин и оболочек / С.П. Тимошенко, Дж. Гере. - М.: Наука, 1971. - 806 с.

69. Тимошенко, С.П. Теория упругости / С.П. Тимошенко, Дж. Гере. - М.: Наука, 1979. - 560 с.

70. Тришевский, И.С. Гнутые профили проката : справочник проектировщика / И.С. Тришевский, В.В. Лемпицкий, Н.М. Воронцов. - М.: Металлургия, 1980. -351 с.

71. Тришевский, И.С. Теоретические основы процесса профилирования / И.С. Тришевский, М.Е. Докторов. - М.: Металлургия, 1980. -288 с.

72. Трофимов, В.И. Легкие металлические конструкции зданий и сооружений : учеб. пособие / В.И. Трофимов, А.М. Каминский. - М.: АСВ, 2000. -576 с.

73. Трофимов, В.И. Несущие конструкции из гнутых профилей / В.И. Трофимов, И.Н. Малышкина, И.Л. Пименов // Исследования эффективных

металлических конструкций: сб. трудов Красноярский ПСНИИП. - Красноярск, 1985. - № 19. - С. 3-23.

74. Туснин, А.Р. Перекрытия многоэтажных зданий со стальным каркасом / А.Р. Туснин // Промышленное и гражданское строительство. - 2015. - № 8. - С. 1014.

75. Универсальное здание размерами 18х60х6,0 м, шаг рам 3,0 м / ЗАО «Эксергия», Липецк, 2008 - 22 с.

76. Холопов, И.С. Напряженно-деформированное состояние каркаса малоэтажного здания из тонкостенных профилей / И.С. Холопов, А.В. Соловьев // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительство сборник статей. под ред. М.И. Бальзанникова, К.С. Галицкова, В.П. Попова; Самарский государственный архитектурно-строительный университет - Самара - 2015 - С. 84-89.

77. Хофф, Н. Продольный изгиб и устойчивость: пер.с англ. / Н. Хофф; под ред. И.В. Кеппена. - М.: Издательство иностранной литературы, 1955. - 155 с.

78. Шебештьен, Д. Легкие конструкции в строительстве пер.с англ. / Д. Шебештьен. - М.: Стройиздат, 1983. - 332 с.

79. Шишов, И.И. Поэлементный расчет поперечной рамы каркаса здания/ И.И. Шишов // Вестник МГСУ. - 2016. - № 9. - С. 51-61.

80. AISI S100-2007. North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members. - Washington : American Iron and Steel Institute, 2007.-198 p.

81. AS/NZS 4600:2005 Australian/New Zealand Standard. Cold-formed steel structures. - Sydney/Wellington : Standards Australia/Standards New Zealand, 2005.111 p.

82. Bui, Q.V. Numerical simulation of cold roll-forming processes / Q.V. Bui, J. P. Ponthot // Journal of materials processing technology. - 2008. - № 2 0 2. - P. 275-282.

83. Camotim, D. N. GBT - based analysis and design of thin-walled metal FRP members: recent developments / R. Silvestre, P. Goncalves, В Dinis, D. N. Camotim//

Advances in Engineering Structures, Mechanics & Construction Solid Mechanics and Its Applications. - 2006 -V. 140. - P. 187-204.

84. Chen, W. F., Ultimate Strength of Biaxialy Loaded steel H-Columns / W. F. Chen, T. Atsuta // J. of the Struct. Div., Proc of the ASCE. - 1973. - Vol. 99. - № 3. - P. 69-489.

85. Chilver, A. H. The Behavior of Thin-Walled Structural Members in Compression. Engineering / A. H. Chilver. -1951 - P. 281-282.

86. Chilver, A. H. The Stability and Strength of Thin-Walled Steel Struts. / A. H. Chilver. - The Engineer,1953 - P. 180-183.

87. Desmond, T. P. Intermediate Stiffeners for Thinwalled Members / T. P. Desmond, T. Pekoz, G. Winter// Fifth International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures, University of Missouri-Rolla, Ed. W. W. Yu and J. H. Senne. -1980. - P. 73-111.

88. Dewolf, J. T. Local and Overall Buckling of Cold-Formed Members/ J. T. Dewolf, T.Pekoz, G. Winter// J. of the Structural Div., ASCE, 100(ST10), 1974. - P. 207-236.

89. Durability of Cold-Formed Steel Framing Members. Design Guide. Second Edition. September . AISI. Steel Framing Alliance, 2004, 16 p.

90. Dwight, J. B. Stiffened Steel Compression Flanges - A Simpler Approach/ J. B. Dwight, G. H. Little// The Structurl Engineer- 1976. - No. 12, Vol. 54, p. 501-509.

91. Dubina, D. Theoretical and experimental research on instability of steel cold-formed thin walled bars / D. Dubina, C. Pacoste. // International scientific technical conference. Metal structures. B. 2. - Gdansk, 1989. - P. 48-54.

92. Ziemian, R.D. Guide to stability design criteria for metal structures / edited by R.D. Ziemian. - 6th ed. - Wiley, 2010. - 1024 p.

93. Eurocode 3. Design of Steel Structures. Part 1.1. General rules and rules for buildings. CEN. 2004. -91 p.

94. Eurocode 3. Design of Steel Structures. Part 1.3. Supplementary rules for cold-formed members and sheeting. CEN. 2004. - 125 p.

95. Eurocode 3. Design of Steel Structures. Part 1.5.Plated structural elements. CEN. 2004. -60 p.

96. Harvey, J.M. (1953). Structural Strength of Thin-Walled Channel Sections / J.M.Harvey// Engineering. 1953 - P. 291-293

97. Johnson, T. Corrosion Resistans of Coating of Aluminium, Zinc and Their Alloys. Results of Four Years' Exposure: Seminar of the Economic and Technological Aspects of the Protection of Steel against Corrosion Proceedings / T. Johnson, L Nordhag. - Geneva, Suitzerland, 7-11 May, 1984. - 11 p.

98. Karman, T. The Strength of Then plates in Compression / Karman T., Sechler E.E., Donnell L.H. // Transactions, Applied Mechanics Division, ASME, 1932. - T.54, APM 54-5. - p. 53.

99. Karren, K. W. Corner Properties of Cold-Formed Steel Shapes / K. W. Karren// Journal of the Structural Division, ASCE, 93( ST1). - 1967. - P. 401-432.

100. Karren, K. W. Effects of Cold-Forming on Light-Gage Steel Members / K. W. Karren, G. Winter // J. of the Structural Div., ASCE, 93(ST1). - 1967. - P. 433-469.

101. Kloppel, K. Experimentelle und theoretishe Untersuchungen uber die Traglast von zweiachsig ausermitting gedrckten Stahlstuen / K. Kloppel, T.Winkelman // Der Stahlbau. - 1982. - H. 2, S. 39-45; H. 3 - P.86-91.

102. Kwon, Y. B. Compression tests of high strength cold-formed steel channels with buckling interaction / Kwon Y. B., Kim B. S., Hancock G. J. // Journal of Constructional Steel Research, Elsevier - 2009. - №65. - P. 278-289.

103. Lau, S. C. W. Distortional Buckling Formulas for Channel Columns/ S. C. W. Lau, G.J. Hancock// Journal of Structural Engineering, ASCE. - 1987. - 113(5). -P. 163178.

104. Lau, S. C. W. Inelastic Buckling of Channel Columns in the Distortional Mode/ S. C. W. Lau, G.J. Hancock // Thin-Walled Structures. - 1990. - 10(1). - P. 59-84.

105. Li, S. H. Residual stresses in roll-formed square hollow sections / S. H. Li, G. Zeng, Y.F.M, Y.J.Guo, X.M.Lai// Thin-Walled Structures. - 2009. - №47. - P. 505-513.

106. Moldovan, A. Compression Tests on Cold-Formed Steel Columns with Monosymmetrical Section./ A. Moldovan // Thin-Walled Structures, Elsevier.- 1994. -№ 20(1-4). - P. 241-252.

107. Narayanan, S. Ultimate capacity of innovative cold-formed steel columns/ S. Narayanan // Journal of Constructional Steel Research. - 2003. - № 59. -P. 489-508.

108. Nowak, M. Trends in Cold-Formed Steel / M. Nowak, W.L. Schoemaker// Structure magazine. - March 2012. - P. 49.

109. Pastor, M. M. Residual stresses and initial imperfections in non-linear analysis Engineering Structures / M. M. Pastor, J. Bonada, F. Roure, M. Casafont // Engineering Structures. - 2013. - №46. - P. 493-507.

110. Pekoz, T. (1987). Development of a Unified Approach to the Design of Cold-Formed Steel Members / T. Pekoz // American Iron and Steel Institute Research Report, CF 87-1. - 1987. - P. 77-84.

111. Pekoz, T. Progress Report on Cold-Formed Steel Storage Rack Design / T.Pekoz, G.Winter // Proceedings of the Third International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures, Dept. of Civil Engineering, University of Missouri-Rolla. - Nov. 1975. - P. 823-837

112. Rondal, J. Cold formed steel members and structures: General Report / J.Rondal //. Journal of Constructional Steel Research. - 2000. - Vol. 55, No. 1-3. - P. 155-158.

113. Rhodes, J. Interaction Behaviour of Plain Channel Columns under Concentric or Eccentric Loading / J.Rhodes, J.M. Harvey // Proc. of the 2nd Int'l. Colloquim on the Stability of Steel Structures. ECCS, Liege. - 1977. - P. 439-444.

114. Salmi, P. Design of Cold-Formed HSS Channels for Bending and Eccentric Compression / P.Salmi, A.Talja, // VTT Research Notes, 1505, Technical Research Centre of Finland, Espoo. - 1993. - 94 p.

115. Scafer, B. W. Buckling analysis of cold-formed steel members with general boundary conditions using CUFSM: conventional and constrained finite strip methods /B. W. Scafer, Z. Li // Twentieth International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures Saint Louis, Missouri, USA. - November 3 & 4, 2010. - 16 p.

116. Schafer, B. W. Buckling analysis of cold-formed steel members using CUFSM: conventional and constrained finite strip methods / B. W.Schafer, S. Adany // 18th International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures, Orlando, Florida. -October 26-27, 2006. - P.39-54.

117. Schafer, B. W. Cold-formed steel structures around the world. A review of recent advances in application, analysis and design / B. W. Schafer// Steel Construction (№3). - 2011. - P. 1-9.

118. Schafer, B.W. Review: The Direct Strength Method of Cold-Formed Steel Member Design // B.W. Shafer / International Colloquium on Stability and Ductility of Steel Structures, Lisbon, Portugal. - September 6-8, 2006. - 112 p.

119. Schafer, B. W. Designing Cold-Formed Steel Using the Direct Strength / B.W. Shafer // Method 18th International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures Orlando, Florida. - October 26-27, 2006. - 15 p.

120. Schafer, B. W. Local, distortional, and Euler buckling of thin-walled columns / B.W. Shafer // J. Struct. Eng. - 2002. - №128(3) - P. 289-299.

121. Schardt, R. Generalized Beam Theory - An Adequate Method for Coupled Stability Problems / R.Schardt// Thin-Walled Structures, Elsevier. - 1994. - №19 (2-4). - P. 161-180.

122. Schardt, R. Verallgemeinerte Technische Biegetheorie/ R.Schardt// SpringerVerlag, Germany,1989.- 360 p.

123. Wei-Wen Yu Cold-Formed Steel Design / Yu Wei-Wen, Roger A. LaBoube // Hardcover, 2010. - 512 p.

124. Winter, G. Strength of Thin Steel Compression Flanges / G. Winter// Transactions, ASCE, 1947. - 112 p.

125. Winter, G., Thin-Walled Structures-Theoretical Solutions and Test Results. Preliminary Publications of the Eighth Congress / G. Winter // International Association for Bridge and Structural Engineering (IABSE) - 1968. - P. 101-112.

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Изостабы для жестко опертого стержня переменной жесткости

1,2

1 —.—.—.—.——.—.—.—.——.—.—.—.——.—.—.—.——.—.—.—.—

ОД ОД 5 0,2 0,25 0,3 0,35

Отношение и/и

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Критические напряжения пластики, подкрепленной ребром

250

200

150

100

50

• t=0.7 мм t=0.8 мм t=1 мм t=1.2 мм t=1.6 мм t=2 мм t=2.5 мм t=3 мм

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

a, см

0

200