Obrabotka Metallov 2015 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 2 (67) 2015 32 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ УДК 519.6 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ СООРУЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ В.Г. АТАПИН, доктор техн. наук, профессор ( НГТУ, г. Новосибирск ) Поступила 6 апреля 2015 Рецензирование 6 мая 2015 Принята к печати 15 мая 2015 Атапин В.Г. – 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: teormech@ngs.ru Цель. Для устройства перекрытий сооружений промышленного назначения широко применяются фер- мы. Преимущество ферм проявляется при необходимости перекрытия больших пролетов. В связи с этим ставится задача исследовать напряженное и деформированное состояния несущих конструкций конкретного сооружения промышленного назначения (цех для металлообработки, склад) и на этой основе спроектиро- вать рациональную компоновку конструкций. Несущие конструкции представляют собой пространственные фермы. Методы. Для расчета напряженного и деформированного состояний применяется метод конечных элементов. Результаты. В результате расчетов характерного фрагмента сооружения (угол стыка двух взаимно перпендикулярных участков) получено, что максимальное напряжение в стержне конструкции равно 139,6 МПа, максимальное вертикальное перемещение – 10,51 мм, а масса характерного объема – 51112,72 кг. Для практической реализации рассмотренной конструкции рекомендовано использовать трубы стальные квадрат- ные 70×70×5 (мм) ГОСТ 8639–82, трубы стальные прямоугольные 150×100×8 (мм), 100×70×5 (мм) ГОСТ 8645–82, трубы стальные электросварные прямошовные 273×9 (мм), 219×8 (мм) ГОСТ 10704–91. Обсуж- дение. Разработанная математическая модель несущих конструкций сооружения адекватно отражает их на- пряженно-деформированное состояние. Так, рабочие напряжения, равные 139,6 МПа, меньше допускаемых напряжений 142,4 МПа и, следовательно, прочность конструкции обеспечена. Максимальное вертикальное перемещение в конструкции равно 10,51 мм, что меньше предельного вертикального прогиба 64 мм, опреде- ленного нормами проектирования. Следовательно, необходимая жесткость конструкции обеспечена. Расчеты стержней, испытывающих сжатие на устойчивость, показали, что условие устойчивости выполняется для всех стержней. В частности, для наиболее нагруженного элемента − колонна диаметром 219 мм, толщиной стенки 8 мм, длиной 1900 мм, рабочие напряжения 40,9 МПа меньше допускаемых напряжений на устойчи- вость 205,2 МПа. Разработанная конструкция удовлетворяет условиям прочностной надежности (условиям прочности, жесткости и устойчивости). По результатам расчетов характерного фрагмента сооружения разра- ботан эскизный проект с необходимой конструкторской документацией (в статье не рассматривается). Ключевые слова: проектирование, ферма, напряженное состояние, деформированное состояния, метод конечных элементов. DOI: 10.17212/1994-6309-2015-2-32-38 Введение В зависимости от конструктивных решений сооружений промышленного назначения це- лесообразно при их проектировании выделять систему элементов, которая в основном вос- принимает действующую нагрузку. Для устрой- ства перекрытий таких объектов широкое рас- пространение получили, в частности, фермы. Преимущество ферм проявляется при необхо- димости перекрытия больших пролетов [1, 2]. В последнее время при возведении промышлен- ных зданий стали использоваться конструкции из гнутых профилей, изготовленных холодной