Двутавровые гнутозамкнутые профили с трубчатыми полками и расчет оптимальной компоновки их составных сечений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Двутавровые гнутозамкнутые профили с трубчатыми полками выделяются составным сечением и относятся к легким стальным тонкостенным конструкциям, отличающимся высокими технико-экономическими показателями и массовым спросом в промышленно-гражданском строительстве, что обуславливает актуальность разработки их нового технического решения. Цель исследования - показать, что характеристики стальных тонкостенных конструкций можно дополнительно улучшить при помощи формообразования профилей, сочетающего в составном сечении прямые и круглые очертания замкнутых и открытых контуров. Методы. Новое техническое решение, оригинальность которого подтверждена патентной экспертизой, разрабатывалось посредством опытно-конструкторских проработок и оптимизационно-проектных расчетов двутавровых профилей. Произведен расчет оптимальной на изгиб компоновки составных сечений двутавровых гнутозамкнутых профилей из листовых заготовок, одинаковых и неодинаковых по толщине, включая бистальные модификации. Результаты. Двутавровый гнутозамкнутый профиль состоит из двух трубчатых полок и одной стенки двойной толщины. Для его изготовления без сварных, болтовых или заклепочных соединений наружные парные и внутренние парные заготовки выполняются по всей длине с зубчатыми продольными кромками, зубцы которых расположены относительно друг друга в шахматном порядке и взаимно загнуты в пазах между собой после замыкания гнутого профиля по его полкам. Загибы зубчатых креплений увеличивают толщину смятия, обеспечивают рост местной устойчивости и прочности соединений тонкостенных элементов на сдвиг, а также позволяют не редуцировать расчетные сечения. Расчет оптимальной компоновки двутаврового гнутозамкнутого профиля на изгиб показал, что его прочность максимальна при отношении размеров ширины и высоты 1/5,2 и равных толщинах полок и стенки.

Об авторах

Александр Суренович Марутян

Северо-Кавказский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: al_marut@mail.ru

кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник отдела организации проектно-грантовой деятельности

Российская Федерация, 357500, Пятигорск, пр-кт 40 лет Октября, 56

Список литературы

  1. Melnikov N.P. Metallicheskie konstruktsii: sovremennoe sostoyanie i perspektivy razvitiya [Metal constructions: current status and development prospects]. Moscow: Stroyizdat Publ.; 1983. (In Russ.)
  2. Lyakhovich L.S., Akimov P.A., Tukhfatullin B.A. A criterion for evaluating optimal solutions in the formation of piecewise constant sections of a flange of an I-beam with limited stability or the value of the first frequency of natural vibrations. Vestnik TGASU. 2020;22(1):92–105. (In Russ.) https://doi.org/10.31675/1607-1859-2020-22-1-92-105
  3. Lyakhovich L.S., Akimov P.A., Tukhfatullin B.A. Optimal solutions for creations in rods with piecewise constant cross-sections with stability constraints or constraints for value of the first natural frequency. Part 2. Numerical examples. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2019;15(4):101–110. doi: 10.22337/2587-9618-2019-15-4-101-110. (In Russ.)
  4. Perelmuter A.V. Constructive form number one. Bulletin of the Donbass National Academy of Construction and Architecture. 2012;1:27–39. (In Russ.)
  5. Vedyakov I.I., Konin D.V. On the improvement of domestic assortments of I-profiles with parallel flange faces and the development of design standards for modern metal structures. Structural Mechanics and Structural Analysis. 2014;3:50–56. (In Russ.)
  6. Vedyakov I.I., Konin D.V., Eremeev P.G. Development of a new assortment (GOST R) for the production of I-beams with wide shelves. Building materials, equipment, technologies of the XXI century. 2017;3–4:40–43. (In Russ.)
  7. Sun Y., Zhao O. Material response and local stability of high-chromium stainless steel welded I-sections. Engineering Structures. 2019;178:212–226. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.10.024
  8. Nezhdanov K.K., Kuzmishkin A.A., Publishing S.G. Effective rolling profile. News of higher educational institutions. Construction. 2006;1:105–108. (In Russ.)
  9. Nezhdanov K.K., Tumanov V.A., Nezhdanov A.K., Lashtankin A.S. Balka [Beam]. Russian Federation patent No. 2232125. 2004. Bull. No. 19. (In Russ.) Available from: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips servlet? DB=REPAT&DocNumber=21895068&Type File=html (accessed: 24.04.2020).
  10. Brudka J., Lubinski M. Legkie stal'nye konstruktsii [Lightweight steel structures]. Moscow: Stroyizdat Publ.; 1974. p. 199–201. (In Russ.)
  11. Veselov V.V., Fedorov A.M. Mnogoproletnaya balka [Multi-span beam]. Russian Federation patent No. 176462. 2018. Bull. No. 2. (In Russ.) Available from: https://www.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPM&DocNumber= 176462&TypeFile=html (accessed: 24.04.2020).
  12. Katyushin V.V. Zdaniya s karkasami iz stal'nykh ram peremennogo secheniya [Buildings with frames from steel frames of variable section]. Moscow: ASV Publ.; 2018. (In Russ.)
  13. Brown E.E., Mooney D.J. Metal construction. United States Patent No. 1360720. 1920, Nov. 30.
  14. Doktorova M.E. Sborno-razbornaya dvutavrovaya balka s polymi polkami [Collapsible I-beam with hollow shelves]. Russian Federation patent No. 2043467. 1995. Bull. No. 24. (In Russ.) Available from: https://www.fips.ru/ registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2043467&TypeFile=html (accessed: 24.04.2020).
  15. Lanternier A. Dvutavrovaya balka [I-beam]. USSR author’s certificate No. 314364. 1971. Bull. No. 27. (In Russ.) Available from: https://www.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=314364&TypeFile=html (accessed: 24.04.2020).
  16. Goleby L.D. Interengageble structural members. United States Patent No. 5501053. 1996, Mar. 26.
  17. Merson K.J.W. Structural member. United States Patent No. 3342007. 1967, Sept. 19.
  18. Marutyan A.S. Shvellernyi gnutozamknutyi profil' [Channel bent closed profile]. Russian Federation patent No. 2685013. 2019. Bull. No. 11. (In Russ.) Available from: https://www.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB= RUPAT&DocNumber=2685013& TypeFile=html (accessed: 24.04.2020).
  19. Marutyan A.S. Comparative calculation of optimal parameters of channel bent and bent closed profiles. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2019;15(6):415–432. (In Russ.) http://dx.doi.org/ 10.22363/1815-5235-2019-15-6-415-432.
  20. Marutyan А.S. Dvutavrovyi gnutozamknutyi profil' (varianty) [I-beam bent closed profile (options)]. Russian Federation patent No. 2680560. 2019. Bull. No. 6. (In Russ.) Available from: https://www1.fips.ru/ofpstorage/Doc/ IZPM/RUNWC1/000/000/002/013/%D0%98%D0%97-02685013-00001/docement.pdf (accessed: 24.04.2020).
  21. Belov G.I. To the calculation of the strength of the core elements of light steel structures with multi-parameter loading. Bulletin of civil engineers. 2019;4:13–17. (In Russ.)
  22. Yousefi A.M., Lim J.B.P., Clifton G.C. Web crippling design of cold-formed ferritic stainless steel unlipped channels with fastened flanges under end-two-flange loading condition. Journal of Constructional Steel Research. 2019;152:12–28. doi: 10.1016/j.jcsr.2018.03.032.
  23. Jun Ye, Hajirasouliha I., Becque J. Experimental investigation of local-flexural interactive buckling of cold-formed steel channel columns. Twin-Walled Structures. 2019;125:245–258. https://doi.org/10.1016/j.tws.2018.01.020
  24. Marutyan A.S. Bent profiles and calculation of their optimal parameters. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2019;15(1):33–43. (In Russ.)
  25. Roy K., Mohammadjani Ch., Lim J.B.P. Experimental and numerical investigation into the behavior of face-to-face built-up cold-formed steel channel sections under compression. Thin-Walled Structures. 2019;134:291–309. https://doi.org/10.1016/j.tws.2018.09.045
  26. Jun Ye, Becque J., Hajirasouliha I., Mojtabaei S.M., Lim J.B.P. Development of optimum cold-formed steel sections for maximum energy dissipation in uniaxial bending. Engineering Structures. 2018;161:55–67. doi: 10.1016/j.engstruct.2018.01.070.
  27. Anbarasu M., Adil Dar M. Improved design procedure for battened cold-formed steel built-up columns composed of lipped angles. Journal of Constructional Steel Research. 2020;164:1–13. doi: 10.1016/j.jcsr.2019.105781.
  28. Korsun N.D., Prostakishina D.A. The use of light thin-walled structures as a way of energy saving in steel construction. Bulletin of civil engineers. 2019;5:83–89. (In Russ.)
  29. Kuznetsov I.L., Gaynetdinov R.G. Bolt assembly of cold-formed sections with a trapezoidal wall using continuous bushings. News of KGASU. 2020;1:85–92. (In Russ.)
  30. Endzhievsky L.V., Tarasov A.V., Tarasov I.V. Gnutyi stal'noi profil' i sostavnoi stroitel'nyi element na ego osnove [Bent steel profile and composite building element based on it]. Russian Federation patent No. 2478764. 2013. Bull. No. 10. (In Russ.) Available from: https://www.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber= 2478764&TypeFile=html (accessed: 24.04.2020).
  31. Jun Ye, Hajirasouliha I., Becque J., Pilakoutas K. Development of more efficient cold-formed steel channel sections in bending. Thin-Walled Structures. 2016;101:1–13. https://doi.org/10.1016/j.tws.2015.12.021
  32. Moskalev N.S., Popova R.A. Stal'nye konstrukcii legkih zdanij [Steel structures of light buildings]. Moscow: ASV Publ.; 2003. (In Russ.)
  33. Marutyan A.S. A new way of reprofiling round pipes and calculating optimal parameters for beam structures. Structural Mechanics and Structural Analysis. 2018;1:66–72. (In Russ.)
  34. Morozov Yu.A. Investigation of the ultimate deformation of sheet hoods taking into account plastic thinning and fracture of the material. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2019;15(5):353–359. (In Russ.) http://dx.doi.org/10.22363/1815-5235-2019-15-5-353-359
  35. Sklyadnev A.I., Popova G.N. The optimal section of a symmetric I-beam during the development of plastic deformations and the combined action of longitudinal force and bending. Bulletin of VolgGASU. Series: Construction and architecture. 2013;34(53):57–61. (In Russ.)
  36. SP 260.132555800.2016. Konstruktsii stal'nye tonkostennye iz kholodnognutykh otsinkovannykh profilei i gofrirovannykh listov. Pravila proektirovaniya [Thin-walled steel structures made of cold-formed galvanized profiles and corrugated sheets. Design Rules]. Moscow: Ministry of Construction of Russia Publ.; 2016. (In Russ.)
  37. Marutyan A.S. Optimization of structures from tubular (bent-welded) profiles of square (rectangular) and rhombic sections. Construction Mechanics and Structural Analysis. 2016;1:30–38. (In Russ.)
  38. Marutyan A.S. Calculation of optimal parameters of half-flat pipe for truss and beam structures. Structural mechanics and calculation of structures. 2019;2:68–74. (In Russ.)
  39. Nezhdanov K.K., Garkin I.N. Crane beam with increased technical service life. Regional architecture and construction. 2017;3:119–122. (In Russ.)
  40. Golysheva A.B. (Ed.). Arkhitekturno-stroitel'naya entsiklopediya: spravochnik-slovar' [Architecture and Construction Encyclopedia: Reference Dictionary]. Moscow: ASV Publ.; 2006. (In Russ.)
  41. Pisarenko G.S. (Ed.). Spravochnik po soprotivleniyu materialov [Handbook of resistance to materials]. Kiev: Naukova Dumka Publ.; 1988. p. 68–69. (In Russ.)
  42. Rekomendatsii po proektirovaniyu, izgotovleniyu montazhu ograzhdayushchikh i nesushchikh konstruktsii iz stal'nykh gnutykh profilei povyshennoi zhestkosti [Recommendations for the design, manufacture of installation of enclosing and supporting structures from steel bent profiles of increased rigidity]. Moscow: TSNIIPSK imeni N.P. Melnikova Publ.; 1999. p. 8–11. (In Russ.)
  43. Korsun N.D., Prostakishina D.A. Analiz NDS sostavnogo secheniya iz tonkostennyh profilej s uchetom nachal'nyh geometricheskih nesovershenstv [Analysis of the stress-strain state of a composite section made of thin-walled profiles taking into account the initial geometric imperfections]. Akademicheskij vestnik UralNIIproekt RAASN. 2018;4:83–88. (In Russ.)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».