Судебные эксперты Украины

Тел.: +38 066 119 63 19
+38 063 206 92 22
+38 097 322 03 83
e-mail: expert7755@gmail.com
04210, ул. Лайоша Гавро, 24б, помещение №37

  • slide-1_ru.jpg
  • slide-2_ru.jpg

Автора: Лапенко А.И., докт. техн. наук, проф., Национальный авиационный университет, г. Киев, Украина

Фомина И.П., начальник сметно-договорного оттдела ПАО «ХК «Киевгорстрой», м. Киев, Украина.

В судебной строительно-технической экспертизе нередко возникают вопросы связанные с правильным подбором сечений сварных двутавровых балок, и в следствии этого, возможности их дальнейшей эксплуатации как в частности, так и продления срока эксплуатации зданий и сооружений в целом. Проведение исследований судебными експертами по упомянутым вопросам целесообразно выполнять совместно со специалистами соответствующих специализированных строительно-технических институтов, используя их опыт. Рассмотрим один из подходов подбора сечения сварных двутавровых балок с использованием критерия «оптимальная прочность стали».

 

Современное производство сварных конструкций характеризуется широкой номенклатурой изделий. На основе научных разработок отечественных и зарубежных исследователей разработаны весьма экономичные строительные конструкции, которые требуют применения новых подходов к проектированию и технологий изготовления. Вместе с тем технологические процессы изготовления конструкций неизбежно связаны с изменением их остаточного напряженного состояния (ОНС), т.е. напряженного состояния (НС) до приложения внешних нагрузок, поскольку основными операциями технологических процессов производства двутавровых балок остаются прокатка, термическая резка листового проката и сварка. Эти операции сопряжены с нагревом стали до высокой температуры и являются причиной возникновения фазовых и термических напряжений, которые существенно влияют на дальнейшую работу конструкций под нагрузкой.

Основными причинами возникновения ОНС являются:

- неоднородность температурного поля при прокатке и охлаждении профилей;

- неравномерность распределения температуры в зоне сварки и термической резки;

- усадка металла шва при кристаллизации;

- фазовые структурные превращения, определяемые тепловым режимом сварки и свойствами сплавов.

Все это приводит к появлению ОН и зон местных пластических деформаций, склонных к хрупкому разрушению. В связи с этим, обеспечение прочности, повышение точности изготовления, качества и работоспособности сварных конструкций, снижение их материалоемкости тесно связаны с анализом и регулированием напряженных деформированных состояний (НДС), создаваемых термическим циклом сварки и последующими термическими воздействиями на изделия.

Эффективность конструкций определяется их конструктивными формами, теория образования которых должна отвечать следующим принципам:

- применение предварительного напряжения конструкций;

- создание конструкций, обеспечивающих наибольшую концентрацию материала в наиболее напряженных элементах, совмещение функций элементами;

- максимальное использование работы на растяжение отдельных элементов и поверхностей;

- типизация конструктивных решений;

- обеспечение статической и динамической прочности и жесткости системы.

Опираясь на эти принципы, можно не только установить рациональную конструктивную форму сооружения с заданным технологическим процессом и обеспечить ее надежную и долговременную эксплуатацию, но и добиться наибольшей экономии расхода материалов при минимальной трудоемкости изготовления конструкции и ее монтажа.

Особое место в решении этой важнейшей экономической задачи отводится предварительному напряжению, основная идея которого сводится к созданию в конструкции полей напряжений и деформаций, обратных по знаку напряжениям и деформациям от эксплуатационных воздействий. При работе под нагрузкой в конструкциях сначала погашается предварительное напряжение, а затем уже развиваются напряжения другого знака в пределах величины расчетного сопротивления материала. Начальное НДС может быть создано также и некоторой предварительной нагрузкой, как это делается в приспосабливающихся системах. Однако при этом возникают значительные нежелательные пластические деформации, которые чреваты возможным появлением незаметных, но опасных трещин. В предварительно напряженных конструкциях пластических деформаций нет, эффект повышения их несущей способности, а иногда и жесткости, основан на использовании упругих свойств материала, область проявления которых увеличивается искусственным путем. Предварительно напряженные конструкции являются конкурентоспособными по расходу материала не только с обычными сварными и прокатными элементами, но и с решетчатыми типа ферм при снижении трудоемкости на 15...20%.

Следует отметить, что обычно проектирование элементов ведется на основе общих принципов компоновки сечения. Суть методов компоновки сводится к установлению зависимости между действующими усилиями и параметрами сечения, отвечающими условиям прочности, жесткости, общей и местной устойчивости. Эти зависимости устанавливаются аналитически, если это возможно, или численно, путем реализации алгоритмов прямого проектирования. При этом влияние остаточных напряжений (ОН) на параметры компоновки сечений как сжатых, так и изгибаемых двутавровых элементов не учитываются.

Вопросы, связанные с изучением различных аспектов проектирования стальных балок и оптимального проектирования стальных конструкций вообще в той или иной мере рассматривались в работах А.А. Акимова, Е.И. Белени, В.В. Бирюлева, Е.И. Вайншейна, В.М. Вахуркина, А.В. Геммерлинга, А.И. Голоднова, Я.А. Каплуна, В.А. Кравчука, Н.П. Мельникова, И.И. Набокова, В.А. Пермякова, В.В. Трофимовича, В.Н. Шимановского и многих других исследователей, в которых изложены основные принципы и методы оптимизации сечений двутавровых элементов, в т.ч. и с использованием предварительного напряжения [1, 2, 3].

Известно, что действующая в настоящее время методика проектирования сварных двутавровых балок была предложена Н.С. Стрелецким [2]. Методика расчёта оперировала понятиями оптимальной и минимальной высоты сечения и не давала однозначного результата, минимизированного по массе.

Понятие оптимальной высоты составного двутаврового сечения балки, зависящей от соотношения параметров стенки , было предложено В.М. Вахуркиным [3]. Такой подход сохранился в неизменном виде и до сих пор. Во всех «классических» учебниках по металлическим конструкциям утверждается, что реальная высота сечения составной балки должна быть . Действительно, решением двумерной задачи при фиксированной прочности стали, является минимум функции площади расчётного сечения в виде производной . Это и было решением В.М. Вахуркина.

Функция массы при фиксированной прочности стали представляет собой плоскую кривую, на которой отыскивается точка минимума. Считается, что каждой величине прочности стали соответствует своя повторяющаяся плоская кривая функции массы, имеющая свой минимум, определяемый по В.М. Вахуркину.

Требование того, что в хорошо запроектированной балке все расчётные проверки должны выполняться на пределе, обязательно только для проверки по нормальным напряжениям, которую следует считать важнейшей проверкой, где не допускается выполнение условия (перенапряжения), а недонапряжения не должны быть более 5%.

С другой стороны, для балок, сечение которых подобрано по жёсткости, недонапряжения неизбежны. При остальных проверках запасы могут быть любыми, если это обосновано конструктивными соображениями и не ведёт к существенному утяжелению конструкции [1, 2, 3].

Понятие оптимальной высоты составного расчётного двутаврового сечения получено в двумерном представлении графика изменения функции массы, в котором по вертикали откладывается площадь, а по горизонтали высота сечения.

Анализ выполненных ранее работ позволил обобщить рекомендации по компоновке оптимальных двутавровых сечений, которые являются объектом исследований. Так, минимальный расход стали вне зависимости от напряженного состояния элемента достигается при компоновке сечения из листов, для которых условия местной устойчивости выполняются на пределе. Эти исследования проводились в Челябинском политехническом институте и на Челябинском заводе металлоконструкций. В этой работе были рассмотрены закономерности падения растягивающих напряжений от краев стенки к ее середине, что было объяснено суммированием нормальных реактивных напряжений от сварки с нормальными напряжениям от предварительного растяжения стенки. При этом авторы понимали, что процесс внутренних напряжений в двутавровых балках нельзя сводить к алгебраической сумме напряжений от сварки и удлинения стенки, поскольку имеет место не только начальные несовершенства тонкой стенки, но и выгиб из плоскости из-за неравномерного по ширине нагрева и сдерживающего влияния прилегающих холодных участков.

Как известно, нормы Украины рекомендуют для конструкций 42 марки стали, имеющие 21 значение расчетного сопротивления от 230 до 590 МПа. В зарубежных же нормах рекомендуется значительно меньшее количество марок стали: во Франции и ФРГ – 3 (235…360 МПа); Канаде, Бельгии, Японии – 8 (230…700 МПа); в США – 14 (235…690 МПа).

Анализ существующей проектной практики показал, что удельное влияние перечисленных выше факторов на сокращение расхода стали характеризуется следующими цифрами [2]:

- применение стали повышенной и высокой прочности – 57%;

- применение экономичных профилей – 19%;

- совершенствование конструктивной формы – 16%;

- использование типовых конструкций – 2%;

- применение ЭВМ и точных методов расчёта – 6%.

Из вышеприведенного следует, что основным и наиболее эффективным способом снижения металлоёмкости составных сечений сварных балок является использование стали максимальной прочности при условии не противоречия деформационным ограничениям (снижение общей деформативности может быть достигнуто за счет предварительного напряжения). Из этого также следует, что остальные способы снижения металлоёмкости могут быть вспомогательными, дополняющими основной. Таким образом, необходимая оптимизация составных сечений сварных двутавровых балок по прочности является наиболее эффективным резервом снижения металлоёмкости составных балок.

Для балок постоянного сечения формула, которая определяет оптимальную прочность стали, получается из выражения определяющего требуемую площадь расчётного сечения:

 (1)

Сюда подставляется выражение для высоты сечения стенки , определяемое для конкретных параметров загружения и выражение для максимального изгибающего момента М, действующего в расчётном сечении. Выражения отвечают конкретной схеме загружения или их расчётной комбинации. После подстановок берётся производная от функции площади расчётного сечения по прочности, и приравнивается к нулю, откуда получают выражение определяющее оптимальную прочность стали для отдельной нагрузки, или для расчётной комбинации нагрузок, используя принцип наложения.

Применяя к выражению (1) аналитический критерий минимизации функции массы , легко получить известную формулу В.М. Вахуркина.

Компоновка сечений изгибаемых элементов начинается с определения оптимальной прочности стали. Величину оптимальной прочности стали для разных случаев загружения можно определить по следующим формулам:

- при загружении равномерно-распределенной нагрузкой

 (2)

- при загружении силой посередине

 (3)

(4)

В формулах (1), (2), (3) и (4): коэффициент надежности по нагрузке; пролет балки; расстояние от крайней правой опоры до силы в пролете; допускаемый прогиб, который определяется в соответствии с требованиями действующих нормативных документов [1, 2, 3]; условная гибкость стенки; значение условной гибкости стенки, при котором устойчивость стенок балок не требуется проверять [1]; величина равномерно-распределенной нагрузки на балку в пролете; величина сосредоточенной силы в пролете. Рекомендуемые единицы измерения – кг и см. Численные исследования характера изменения функции массы позволили построить обобщённый график изменения функции массы, несколько противоречащий установившемуся мнению. Удивительная повторяемость графиков, построенных для различных параметров нагрузки, свидетельствует о закономерности общего характера.

Известно, что уравнение упругой линии для балок с любыми параметрами нагрузки, получается интегрированием дифференциального уравнения изгиба и потому всегда дифференцируемо. Указанное обстоятельство позволило сформулировать понятие оптимальной прочности стали в следующем виде: «Оптимальной прочностью стали для составных балок постоянного сечения с заданными параметрами нагрузки и деформационными ограничениями, является единственное значение расчётного сопротивления, отвечающее глобальному минимуму функции массы. В точке глобального минимума обеспечено удовлетворение трёх предельных состояний прочности, местной устойчивости и деформативности, осуществляемое одновременно и в верхних пределах. Выражение для оптимальной прочности стали, всегда может быть получено как для отдельных загружений, так и для их расчётных комбинаций, независимо от применяемого критерия оптимизации расчётного сопротивления».

При проектировании балок, осуществляемом в окрестности глобального минимума функции массы, важно уметь получать самостоятельно выражения, определяющие оптимальную прочность стали для отдельных нагрузок и для их расчётных комбинаций.

Таким образом, сформулировано понятие глобального минимума функции массы сварных балок постоянного сечения и показана методика вывода формул, определяющих оптимальную прочность стали для отдельных нагрузок и их расчётных комбинаций. Эти предложения не противоречат традиционным представлениям и дополняют их в части введения новых понятий, позволяющих выполнить оптимизацию параметров сечений.

В результате выше изложенного по результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что:

1. Оптимальным сечением для стальных двутавровых балок будет сечение, которое будет удовлетворять ограничениям по первой и второй группам предельных состояний одновременно.

2. Компоновка оптимального сечения стальной двутавровой балки возможна с использованием критерия «оптимальная прочность стали».

Список использованных источников

1. Голоднов А.И. Регулирование остаточных напряжений в сварных двутавровых колоннах и балках. – К.: Изд-во «Сталь», 2008. – 150 с.

2. Набоков И.И. Расчёт и особенности конструирования стволов двутавровых балок составного сечения с максимальными габаритами, осуществляемый в окрестности глобального минимума функции массы / И.И. Набоков, Е.П. Лукьяненко // Соврем. проблемы стр-ва: Ежегод. науч.-техн. сб. / Донецкий ПромстройНИИпроект. – Донецк: ООО «Лебедь», 2001. – С. 80-86.

3. Вахуркин В.М. Наивыгоднейшая форма двутавровых балок // Бюллетень строительной техники. – 1949. – № 21. – С. 3-8.

4. Вайнштейн Е.И. Предварительно напряженные бестросовые балки с верхним поясом-распоркой / Е.И. Вайнштейн, И.Б. Козьмин, М.А. Мартенс // Исследования по строительной механике и строительным конструкциям: Темат. сб. науч. тр. / ЧПИ им. Ленинского комсомола. – Челябинск, 1985. – С. 56–60.

СУДЕБНЫЕ ЕКСПЕРТЫ УКРАИНЫ - Рейтинг 94 из 100, Отзывов 43, Голосов 355
Оценка недвижимости. Оценка земли. Оценка бизнеса. Судебная экспертиза. Строительно-техническая экспертиза. Выделение доли в натуре. Технический надзор строительства. экспертно-оценочная компания оценочная компания оценщик оценка экспертная оценка оценка недвижимости оценка для нотариуса оценка для целей налогообложения оценка квартиры оценка земли оценка акций оценка предприятия оценка целостного имущественного комплекса оценка торговых марок оценка оборудования оценка для залога оценка для суда оценка для МСФО оценка для бухгалтерского учета экспертиза судебная экспертиза строительная экспертиза судебная строительная экспертиза раздел недвижимости раздел для нотариуса ущерб после затопления проверка качества строительства проверка актов строительных работ расчет ущерба
Судово-експертний Альянс (судебно-экспертный Альянс) - це атестовані судові екперти Київ (судебные экперты Киев), а также судебный эксперт Днепропетровск, седубная экспертиза Харьков, проведение експертизы, независимая экспертиза, проведення експертизи, незалежна експертиза, судебный эксперт Одесса, Львов, Херсон, Кировоград, Николаев, Винница, Житомир, Чернигов, до переліку наших послуг в Києві входить: Будівельно – технічна експертиза Київ, Будівельна експертиза Київ, Львів, Миколаїв, Перевірка якості будівельних робіт, Технічний розподіл приміщень, Розподіл нерухомості, Висновок з технічного розподілу приміщень, Розподіл приміщень, Виділ приміщень, Поділ приміщень, Перевірка вартості будівельних робіт, Збиток від залиття (затоплення), Економічна експертиза, Бухгалтерська експертиза, будівельна експертиза Київ, експертиза бухгалтерських документів, Економічна експертиза Київ, Експертиза кредитних договір, Експертиза податкових актів, Визначення втраченої вигоди, Оцінка майна та майнових прав, Оцінка бізнесу та цінних паперів, Оцінка цілісних майнових комплексів, Оцінка прав на інтелектуальну власність (Оценка имущества и имущественных прав, оценка бизнеса и ценных бумаг, оценка целостных имущественных комплексов, оценка прав на интеллектуальную собственность, Строительно - техническая экспертиза Киев, Строительная экспертиза Киев, Проверка качества строительных работ, Технический распределение помещений, Распределение недвижимости, Вывод из технического распределения помещений, Распределение помещений, Выделение помещений, Подол помещений, Проверка стоимости строительных работ, Ущерб от затопления (затопление), Экономическая экспертиза, Бухгалтерская экспертиза, строительная экспертиза Киев, экспертиза бухгалтерских документов, Экономическая экспертиза Киев, Экспертиза кредитных договор, Экспертиза налоговых актов, Определение упущенной выгоды)
Румынское гражданство получить, купить гражданство Румынии, Гражданство Румынии - http://pasport-romania.com/, Дисертації онлайн з права, портал права, онлайн, скачать, читать, коментарі кодексів України - http://mego.info/, магазин велосипедов, велозапчасти, Велосипеды, купить велосипед, недорого, веломагазин Украины, Запорожье, ремонт велосипеда, прокат - http://obod.com.ua/, Велозапчасти, Cube, магазин велосипедов, веломагазин Запорожье, велооптом, велозапчасти, Dakine, купить недорогой велосипед, - http://velooptom.com.ua/, Магазин мебели запорожье, купить мебель Запорожье, каталог, купить шкаф, кровать - http://don-mebelon.com.ua/