Действительная работа болтовых соединений тонкостенных оцинкованных профилей с трапециевидной частью стенки в элементах ферм

Цель работы – численное и экспериментальное изучение напряженно-деформированного состояния болтовых соединений ферм из тонкостенных оцинкованных профилей с трапециевидной частью стенки и разработка новых научно обоснованных конструктивных решений узлов, позволяющие повысить несущую способность конструкции. Объект исследования – ферма из тонкостенных оцинкованных профилей пролетом 24 м. Предмет исследования – напряженно-деформированное состояние болтовых соединений элементов фермы из тонкостенных оцинкованных профилей с трапециевидной частью стенки. Научная гипотеза состоит в том, что при двухрядной расстановке болтов в узле тонкостенных оцинкованных профилей с трапециевидной частью стенки, вследствие максимальных напряжений в профиле, возникающих в местах расположения болтов в зоне контакта с листовой фасонкой и минимальных напряжений в трапециевидной части, скрыт потенциал по увеличению несущей способности данных узлов за счет вовлечения в работу средней части стенки профиля. Научная новизна работы. 1. Выявлен характер распределения напряжений в узле по стенке трапециевидной части стальных тонкостенных оцинкованных профилей при двухрядной постановке болтов, отражающий, что расчетная несущая способность соединения определяется по напряжениям в профиле под крайними болтами. 2. Предложена расчетная модель и методика определения несущей способности болтового соединения элементов из тонкостенных оцинкованных профилей с трапециевидной частью стенки при двухрядной постановке болтов в зоне контакта с листовой фасонкой, который позволяет учитывать распределение напряжений по высоте тонкостенного профиля. 3. Установлено, что переход к многорядной системе постановки болтов в трапециевидной части стенки тонкостенного оцинкованного профиля позволяет повысить несущую способность узла до 1,6 раза при том же количестве болтов, что и в двухрядной постановке за счет вовлечения в работу средней части трапециевидной стенки. Теоретическая и практическая значимость работы. 1. Уточнена методика расчета болтового соединения элементов стальных тонкостенных оцинкованных профилей с трапециевидной частью стенки, позволяющая учитывать их действительное напряженно-деформированное состояние от действия продольных усилий. 2. Разработаны стенд и методика проведения натурного испытания фермы из стальных тонкостенных оцинкованных профилей пролетом 24 м в горизонтальном положении. 3. Предложены рекомендации, позволяющие учитывать податливость болтовых соединений ферм из стальных тонкостенных оцинкованных профилей при расчете в используемом программном комплексе. 4. Предложены рекомендации по совершенствованию конструкции фермы из стальных тонкостенных оцинкованных профилей пролетом 24 м. 5. Разработаны новые узлы стальных тонкостенных оцинкованных профилей с трапециевидной частью стенки с применением раздельных сварных, сквозных и сквозных втулок с упором, позволяющие перейти на многорядную систему постановки болтов и повысить несущую способность соединения на 35-40 % (Патенты RU 2728076, RU 2730153, RU 2748018). 6. Разработан новый центральный узел верхнего пояса двускатной фермы из стальных тонкостенных оцинкованных профилей с зеркальным расположением профилей относительно листовой фасонки в коньковом сечении, позволяющий увеличить жесткость узла без применения сварки (Патент RU 2725378). 7. Предложено новое техническое решение фермы из тонкостенных оцинкованных профилей, элементы которого ориентированы полками друг к другу и опираются на листовую фасонку (Патент RU 2767815). Методология и методы исследования. Методологической и теоретической базой для исследования напряженно-деформированного состояния фермы пролетом 24 м и болтовых соединений опытных образцов из стальных тонкостенных оцинкованных профилей явились методики, представленные в нормативных документах, основные положения теории расчета металлических конструкций, строительной механики и численного моделирования. При этом широко использовались как эмпирические, так и универсальные методы научного познания: измерение, эксперимент, наблюдение, моделирование и др. Выдвинута научная гипотеза, для подтверждения или опровержения которой применены все перечисленные наборы научного познания. Основные результаты диссертационной работы получены в результате численного моделирования и проведения экспериментальных исследований фермы и узловых соединений. Положения, выносимые на защиту: 1. Область применения стальных тонкостенных оцинкованных профилей, обзор натурных испытаний несущих конструкций и их узловых соединений; 2. Результаты численных и экспериментальных исследований фермы из стальных тонкостенных оцинкованных профилей пролетом 24 м; 3. Результаты численного моделирования и экспериментальных исследований болтовых соединений элементов из стальных тонкостенных оцинкованных профилей с трапециевидной частью стенки, идентичного соединению верхнего пояса фермы; 4. Новые технические решения болтовых соединений из стальных тонкостенных оцинкованных профилей с трапециевидной частью стенки с применением раздельных сварных, сквозных, сквозных втулок с упором и результаты численных и экспериментальных исследований по определению фактической несущей способности и напряженно-деформированного состояния составных элементов; 5. Результаты исследования, совершенствования и разработки центрального узла верхнего пояса фермы из стальных тонкостенных оцинкованных профилей.