10806

WF6, SF6 и жидкие хлориды SiCl4, CCl4 в парообразном виде и др. Концентрация этих компонентов в защитном газе небольшая и измеряется десятыми долями процента. Парообразную фазу получают продувкой части аргона через жидкий хлорид с последующей подачей в смеситель [4].

Рассматривая существующие системы слежения за стыком, применительно к сварочным роботам, наиболее информативен и универсален триангулярный метод измерения, при котором зона свариваемого соединения рассекается световой плоскостью (рис.1). Секущая плоскость представлена движущимся точечным лучом либо стационарным щелевым лучом. Наиболее эффективным осветителем является лазер. Зона светового сечения наблюдается под углом, что позволяет получить трёхмерную информацию о свариваемом шве. Картина воспринимается двухмерным матричным фотоприёмником. Такой способ позволяет адаптировать робота при сварке изделий из алюминиевых и магниевых сплавов, производить сварку по сложной траектории, пропускать ранее сваренные участки, начинать сварку с определённого места изделия. [1]

а) б)

Рис. 1. Триангулярный метод измерения положения линии шва и геометрических параметров соединения.

а) – схема измерения: 1 – свариваемые элементы, 2 – световой след на поверхности изделия, 3 – цилиндрическая линза, 4 – лазерный осветитель, 5 – матричный фотоприёмник, 6 – объектив; б) – направление освещения и получаемые изображения при различных типах соединения.

Таким образом, совмещение технологии роботизированной аргонодуговой сварке совместно с использованием активирующих флюсов позволит значительно повысить качество сварки, её производительность и повторяемость соединений, что важно в условиях производства.

100

Литература

1.Климов А. С., Машнин Н. Е. Роботизированные технологические комплексы и автоматические линии в сварке: Учебное пособие. 2-е изд., испр. и доп. – СПб.: Издательство «Лань», 2011. – 240 с.: ил.

2.Кононенко В.Я. Сварка в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся электродом. – Киев, ТОВ «Ника-Принт», 2007. – 266 с.

3.С. Г. Паршин. Технология аргонодуговой сварки труб из стали 12Х1МФ с применением активирующих флюсов. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Волгоград, 2001.

4.Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т./Редкол.: Г. А. Николаев (пред.) и др. – М.: Машиностроение, 1978 – т.1/Под ред. Н. А. Ольшанского. 1987. 504 с., ил.

Е.Ю. Миронова, И.В. Шкода

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»

КЕССОННЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ: ПОНЯТИЕ И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Перекрытие служит одним из ключевых элементов в конструктивной схеме здания, разделяя его на этажи и выполняя роль горизонтальных диафрагм жесткости. Широко применяются монолитные перекрытия из железобетона, которые считаются самыми надежными. Они обладают рядом достоинств, такими как прочность, долговечность, возможность перекрывать помещения любой конфигурации. Но у них есть один существенный недостаток – это большой вес, который значительно увеличивает нагрузку на вертикальные несущие конструкции и на фундамент.

Для уменьшения общей массы перекрытий были разработаны более легкие конструктивные формы, что помогло уменьшить расход бетона, сохранив при этом прочностные характеристики элемента.

К таким облегченным формам относится кессонное перекрытие. Оно является разновидностью ребристого и представляет собой конструкцию со взаимно перпендикулярными ребрами равной высоты в нижней зоне, которые соединены сверху монолитной сплошной плитой (полкой) [2]. Углубления, образуемые пересекающимися ребрами, называются кессонами, отсюда и название перекрытия (рис.1).

101

Рис. 1 Схема кессонного перекрытия

Такая конструкция была принята на основании наблюдений за распределением нормальных напряжений. Они показали, что лишний бетон расположен в нейтральной зоне и зоне растягивающих напряжений. Однако для передачи напряжений из сжатой зоны в растянутую нужен бетон, также он необходим в растянутой зоне для обеспечения защитного слоя арматуры.

При удалении бетона из растянутой зоны сохраняют лишь ребра шириной, необходимой для размещения арматуры растянутой зоны и обеспечения прочности панелей по наклонному сечению

В местах опирания перекрытия на колонны растянутой является верхняя зона, рабочая арматура располагается в верхней зоне, поэтому в местах сопряжения перекрытия с колонной устраивается сплошная монолитная плита.

Такая схема кессонного перекрытия дает преимущество как с конструктивной, так и с экономической точки зрения по сравнению с обычным перекрытием сплошного сечения.

Сравним на эффективность применения оба варианта на примере перекрытия типового этажа 41-этажного высотного офисного здания (рис. 2). Для этого проанализируем величины деформаций плиты размером 42х42 м (рис. 3) при действии на нее постоянной нагрузки.

Рассматриваемые варианты перекрытия имеют следующие размеры в поперечном сечении:

а) сплошное перекрытие - толщина 400 мм; б) кессонное перекрытие - общая высота 450 мм, ширина

поперечных ребер 500 мм, шаг ребер 500 м, толщина полки 200 мм. Согласно положениям [1] были приняты следующие материалы:

-тяжелый бетон класса В40;

-продольная рабочая арматура класса A500.

102

Расчет выполнен с помощью программно-вычислительного комплекса SCAD, в котором предварительно были созданы пространственные КЭ модели рассматриваемых перекрытий с последующим их нагружением. Он показал, что перемещения двух плит приблизительно одинаковы и не превышают предельных (рис. 4, рис. 5), что говорит о том, что оба варианта могут быть использованы в конструктивной схеме рассматриваемого здания. Однако объем бетона, необходимого для заливки кессонной плиты, значительно меньше и составляет около 457,65 м3, что приблизительно на 20% снижает массу конструкции по сравнению со сплошным перекрытием, объемом 568,80 м3

(табл.1).

Рис. 4 Схема распределения вертикальных деформаций сплошного/кессонного перекрытия

103

а) б)

Рис.5 Вертикальные перемещения а) сплошного/ б) кессонного перекрытия

Таблица 1.

Сравнение расхода бетона

Уменьшение массы перекрытия является положительным фактором не только с точки зрения экономии материала, но и с позиции сокращения нагрузки на стены и фундаменты здания. Это не отражается на прочности элемента, чего нельзя сказать о сплошном перекрытии.

В данной работе был рассмотрен вариант снижения объема бетона сплошного перекрытия до объема кессонного (457,65 м3). В результате была получена плита толщиной 320 мм. При ее загружении деформации возросли почти вдвое, что говорит о снижении несущей способности (рис.

6).

Рис. 6. График зависимости деформаций от толщины сплошной плиты перекрытия

Таким образом, было обосновано, что применение кессонных перекрытий является одним из возможных путей снижения

104

материалоемкости и массы зданий, возводимых из монолитного бетона, без снижения их надежности и прочности.

Литература

1.СП 267.1325800.2016 «Здания и комплексы высотные. Правила проектирования» - утвержден приказом Минстроя России от 30 декабря 2016 г. № 1032/пр;

2.Лоскутов И.С. Монолитные железобетонные кессонные перекрытия/ И.С. Лоскутов –М: Москва, 2015. - 72 с.

Е.Н. Облетов, Л.Ю. Мареева

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ РЕБРИСТОГО КУПОЛА В УСЛОВИЯХ ОТКАЗА ЕГО ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Вданной работе представлено численное исследование работы ребристого купола диаметром 120 метров в условиях отказа отдельных несущих элементов покрытия. Такой расчет оценивает свойства живучести конструкции. В узком смысле живучесть понимается как свойство (качество) поврежденной системы полностью или частично выполнять своё функциональное назначение. Если в условиях отказа отдельных несущих элементов конструкция обладает способность перераспределять усилия на соседние элементы, то можно считать, что она обладает потенциальной живучестью [2]. Живучесть позволяет системе сохраняться как целому в экстремальных для нее условиях. Вопрос живучести строительных конструкций находится лишь на стадии становления и формирования в отдельную научную дисциплину.

Вданной работе был произведен статический расчет ребристого купола диаметром 120 метров и высотой 24 метра по действующим нормам для III снегового и I ветрового районов [1]. Расчёт выполнялся методом конечных элементов, с применением пакета прикладных программ «SCAD Office». В качестве модели покрытия принята пространственная КЭ-модель, учитывающая геометрические параметры и характер распределения нагрузок (собственный вес, вес покрытия, три схемы снеговой нагрузки, ветровая нагрузка).

105

Далее из конструкции поочередно удалялись некоторые несущие элементы. Затем исследовалась картина распределения усилий в элементах купола и картина полученных деформаций узлов.

На рис.1 представлены результаты статического расчета ребристого купола в условиях нормальной (не аварийной) эксплуатации от решающего сочетания нагрузок.

Рис. 1. Вариант распределения продольных усилий, кН

Варианты отказов несущих элементов купола: удаление опорного узла, наиболее нагруженного элемента нижнего пояса и наиболее нагруженной связи по верхнему поясу. Результаты данного расчёта представлены в таблице 1.

В табл. 2 представлены варианты отказов различных элементов конструкции покрытия.

106

Таблица 2.

Варианты отказов различных элементов купола

Удаляемый элемент Результат перераспределения усилий, кН

1. Опорный узел

2. Элемент нижнего пояса

3. Наиболее загруженная связь

На основании полученных результатов, можно сделать выводы:

1. При удалении опорного узла (элемент верхнего пояса, элемент нижнего пояса, связевой элемент системы крестовых связей) происходит увеличение усилий во всех рассматриваемых элементах. Наиболее нагруженный элемент верхнего пояса «переместился» в соседнюю связевую группу. Продольное усилие в нём увеличилось на 10.77% . Максимальное усилие в крестовых связях увеличилось на 14,33%.

107

Удаление опорного узла рассматриваемой конструкции серьёзно влияет на перераспределение внутренних усилий в элементах.

2.При выходе из строя наиболее загруженного элемента нижнего пояса наибольшая часть перераспределённой нагрузки приходится на связевые элементы (увеличение усилия на 9.43%); на ряд элементов верхнего пояса рассматриваемой полуарки (элементы стали более сжатыми) и на элементы нижнего пояса рассматриваемой полуарки (заметное уменьшение сжимающей силы; увеличение количества растянутых элементов).

3.При аварии наиболее растянутой связи серьезное увеличение усилия претерпевает парная сжатая связь - увеличение усилия на 28.2%. Удаление иных подобных элементов так же заставляет конструкцию испытывать изменения в своей работе – изменение усилий в большей степени в связевых элементах и элементах верхнего пояса.

При проектировании подобных конструкций покрытия необходимо ответственно подходить к подбору сечений и вариантов расположения связевых элементов. Связи в большем количестве случаев первыми «откликаются» на возникшую аварийную ситуацию.

4.Выход из строя того или иного элемента значительно изменяет усилия в соседних элементах конструкции, которые в свою очередь не рассчитаны на восприятие подобных усилий, превосходящих по величине расчётные.

Анализируя полученные результаты, а именно увеличение продольных усилий, величин вертикальных перемещений, при аварийных ситуациях, можно прийти к выводу, что при проектировании конструкции подбор сечений, а так же введение дополнительных элементов (связевых групп, тросов усиления и т.д.) необходимо проводить при многовариативной постановке задачи на стадии рабочего проектирования усиления. Невозможно одним лишь статическим расчётом предположить изменения распределения усилий характеристик элементов, не учитывая динамического разрушения конструкции.

Литература

1.СП 20.13330.2011 “Нагрузки и воздействия” Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. Минрегион России, Москва, 2011 год.

2.Кудишин Ю.И. Дробот Д.Ю. К вопросу о живучести строительных конструкций // Строительная механика и расчёт сооружений. – 2008. - № 2

(217). – С.36-43

3.МДС 20-2.2008. Временные рекомендации по обеспечению безопасности большепролетных сооружений от лавинообразного (прогрессирующего) обрушения при аварийных воздействиях. – М.: ФГУП «НИЦ «Строительство». – 2008. – 14 с.

108

4. Самохвалов И.А., Трянина Н.Ю. Статический анализ купольного сетчатого покрытия при разрушении отдельных его несущих элементов. Труды научного конгресса 14-го Российского архитектурно-строительного форума. 2016 г. – С.80-84.

И.В. Попов, А.А. Демьянов

Научно-исследовательский институт (военно-системных исследований МТО ВС РФ) Военной академии материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева

ВЫЯВЛЕНИЕ ПРИЧИН СИЛЬНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ОПОРНОЙ ЧАСТИ ДЕРЕВЯННЫХ БАЛОК

При обследовании балок находятся критические деформации, превышающие допустимые, такие как смятие и последующий срез нижних крайних волокон древесины опорой. Срез древесины ведет к нарушению волокон древесины, что ведет к снижению несущей способности балки, которые невозможно спрогнозировать при расчете по [1]. Данная проблема замечена при опирании балки на жесткое основание (железобетон, кладка). Для решения этого вопроса было изучено влияние изогнутой оси балки на НДС в опорной части балки. Смятие опорной части балки представлено на рис. 1.

Проведены испытания на смятие и срез опорной части балки. Схема испытания на смятие и срез представлена на рис.2,3. Методика определения условного предела прочности в соответствии с [2].

Получены значения предела прочности при смятии Rсм90 , коэффициента постели Ссм90 для балок, с направлением волокон в поперечном сечении 450 (самое невыгодное).

109