РОЗДІЛ 2
АНАЛІТИЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ВПЛИВУ ДЕФЕКТІВ НА НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН СТАЛЕВИХ
БАЛОК
У даному розділі розробляються методи, за якими можна визначити напруження, які
діють у балках із різними типами дефектів (загальний вигин балки в
горизонтальній площини, вирізи в полицях і стінці балки, місцеві погини
полиць).
Прийняті умови роботи балок з дефектами – статичні навантаження, загальна та
місцева стійкість забезпечені конструктивними заходами. В якості критерію
руйнування було прийнято досягнення межі текучості в найбільш завантаженому
перерізі балки.
2.1. Виділення основних типів дефектів балок для аналізу НДС
Балкові конструкції є одними з найпоширеніших конструкцій, які використовуються
як несучі елементи перекриттів. Це пов’язано з простотою розрахунку,
конструювання вузлів, виготовлення та монтажу. Балкові конструкції також
характеризуються різноманіттям форм перерізів. Як правило форма перерізу
існуючих балкових конструкцій залежить від їх віку, призначення й особистого
погляду на цю конструкцію з боку її автора (замовника, архітектора). Найчастіше
в практиці проектування та будівництва в нашій країні застосовувалися балки із
перерізами, які зображено на рисунку 2.1.
У сучасному будівництві для несучих конструкцій найчастіше застосовуються
перерізи типу а), б), г). Перерізи типів ж) та з) використовуються для
огороджуючих конструкцій в якості елементів, на які прикріплюється
профільований настил стіни або покриття.
Майже всі перерізи, зображені на рисунку 2.1, можна звести до двох більш
простих перерізів (рис. 2.2а, 2.2б). Z-подібний переріз (рис. 2.2в), на нашу
думку, слід розглядати окремо.
Рис.2.1. Форми перерізів балок
а – двотавр (прокатний), б – двотавр (зварний), в – двотавр (клепаний), г –
швелер(прокатний), д – прямокутна труба, є – рельс, е – С-подібний, ж –
Z-подібний, з – двотавр (з швелерів)
Рис.2.2.Зведені перерізи балок
а – двотавр, б – швелер, в – Z-подібний
Погоджуючись з розробниками [39], можна вважати, що перш ніж розглядати вплив
дефектів на подальшу експлуатаційну якість конструкції та її напружено
деформований стан, спочатку необхідно класифікувати дефекти, зафіксовані при
огляді або обстеженні сталевих балок. Пропонується наступна класифікація
дефектів сталевих балок перекриттів.
Дефекти сталевих балок перекриттів залежно від їх виду поділяються на 5
загальних групи та 2 допоміжні. До загальних груп дефектів відносяться дефекти,
які притаманні усім типам сталевих балок, а в допоміжні групи входять дефекти
зварних швів та заклепкових з’єднань.
Перша група – послаблення балок отворами:
1 – локальні (невеликі) вирізи або отвори в полицях;
2 – отвори в стінці;
3 – вирізи або отвори в полицях у яких Lв/L?2…3.
Параметри що характеризують дефект:
Lв, bв – довжина та глибина вирізу (отвору);
Ld – відстань до дефекту від опори.
Рис.2.3. Дефекти першої групи
Друга група – загальні викривлення балки:
1 – залишковий вертикальний прогин;
2 – залишковий горизонтальний прогин;
3 – гвинтоподібність балки.
Параметри що характеризують дефект:
fx – величина вертикального прогину;
fу – величина горизонтального прогину;
а – величина перекосу перерізу;
Lп – відстань між максимальним перекосом та вертикальним перерізом.
Рис.2.4. Дефекти другої групи
Третя група – місцеві погини:
1 – місцевий погин полиць;
2 – місцевий погин стінки;
3 – перекіс полиць;
4 – грибоподібність полиць;
5 – місцевий горизонтальний прогин балки.
Параметри що характеризують дефект:
fx – величина вертикального прогину;
fу – величина горизонтального прогину;
а – величина перекосу перерізу.
Рис.2.5. Дефекти третьої групи
Четверта група – корозія балок:
1 – загальна поверхнева рівномірна корозія;
2 – загальна нерівномірна корозія;
3 – місцева корозія;
4 – корозія язвами;
5 – інші види корозії.
П’ята група – тріщини в балках (для балок, на які не діють динамічні впливи –
досить рідке явище).
Дві допоміжні групи класифікації відповідають групам 4 та 8 [39].
У цілому вид запропонованої класифікації відповідає нормативному документу
[39], але подальша робота з класифікацією має суттєві відмінності від цих
норм.
Як зазначалось вище, в таблиці 10 ДБН 362-92 [39] для кожного типу дефекту
представлена категорія значущості даного типу дефекту і гранично допустимі
значення параметрів, які характеризують даний тип дефекту при справному та
роботоспроможному стані.
Нами запропоновано наводити в таблиці класифікації не граничні допустимі
значення, а наводити формули для визначення цього граничного значення, або
формули для визначення реальних напружень, що діють в даній балковій
конструкції з дефектом. Після цього пропонується класифікувати стан балки за
“Нормативними документами з питань обстежень, паспортизації, безпечної та
надійної експлуатації виробничих будівель та споруд” [76] або ж за ДБН 362-92
[39]. Приклад такої класифікації наведено в таблиці 2.1.
Оцінку допустимого перенапруження для визначення відмінності стану 2 від стану
3 та 4, виконано в розділі 5 при аналізі надійності балок та допустимих
ризиків.
У даній роботі розглядаються дефекти всіх чотирьох груп. Розглянуто
напружено-деформований стан, розроблено формули для визначення максимальних
напружень в балках, виконано експериментальні дослідження балок з дефектами,
визначено надійність балкових конструкцій.
Особливу увагу в даному розділі приділено дефектам першої групи (вирізи в
полицях) та дефектам другої групи (загальний вигин з площини дії моменту). В
усіх випадках розглядались однопролітні, розрізні двотаврові балки (прокатні та
складені). Робота сталевих балок розглядалася без урахування сумісної роботи з
настилом або іншими
- Київ+380960830922