Магистерский диплом (ВКР) на тему Исследование несущей способности проф. листа кровли по прогонам с учетом контактного взаимодействия поверхностей

Содержание:

Введение. 3

1.
Аналитический обзор. Постановка задач исследования. 5

1.1
Особенности применения легких металлоконструкций для обустройства кровель. 5

1.1.1 Общие сведения о профнастиле. 5

1.1.2 Краткая история профнастила. 6

1.1.3 Применение профнастила. 8

1.1.4 Компоновка профилированного строительного настила. 11

1.1.5 Исследование особенностей
расчета профилированного настила. 16

1.1.6 Общие сведения о прогонах. 23

1.1.7 Компоновка прогонов. 24

1.2
Анализ нагрузок на кровлю.. 27

1.3
Постановка задач исследования. 28

2.
Расчетно-аналитическое исследование несущей способности профлиста кровли по
прогонам с учетом контактного взаимодействия поверхностей. 30

2.1 Расчетно-аналитическое исследование стального профилированного
настила. 30

2.1.1 Принципы расчета профилированного строительного
настила. 30

2.1.2 Расчетное исследование частного случая. 33

2.2 Расчетно-аналитическое исследование прогонов. 42

2.2.1 Принципы расчета прогона. 42

2.2.2 Расчетное исследование частного случая для прогона. 44

2.3 Расчетно-аналитическое исследование несущей способности профлиста кровли
с учетом контактного взаимодействия поверхностей в местах соединений
элементов тонкостенных холодногнутых профилей. 57

2.3.1 Общие сведения. 57

2.3.2 Особенности расчета соединений тонкостенных профилей. 59

2.3.3 Принципы расчета соединений тонкостенных профилей. 63

2.3.4 Расчетное исследование частного случая соединения из
тонкостенных профилей. 63

3.
Численное компьютерное исследование несущей способности профлиста кровли с
учетом контактного взаимодействия поверхностей. 66

3.1
Разработка расчетной схемы.. 66

3.2
Разработка 3D модели. 67

3.3
Выбор программных средств. 69

3.4 Численное
компьютерное исследование. 70

3.5
Анализ результатов численного компьютерного исследования. 74

Заключение. 84

Список
использованных источников. 85

Введение:

Понятие легких металлических конструкций (ЛМК)
сформировалось в нашей стране в середине прошлого века. Изначально к таким
конструкциям относили конструкции каркасных зданий с суммарным расходом металла
на несущие и ограждающие конструкции в пределах от 50 до 100 кг/м2.
Кроме этого особенностью таких конструкций являлась комплектная поставка
элементов каркаса, обеспечивавшая быстрый монтаж.

В основном это были здания (модули) целевого
назначения — физкультурно-оздоровительные, складские, производственные, станции
техобслуживания и др. В 70-е годы было освоено шесть основных типов ЛМК
комплектной поставки: «Молодечно», «Канск», «Кисловодск», «Орск», «Алма-Ата»,
«Москва». Изготавливались здания и других разновидностей из конструкций типа
«Мархи», «Тагил», «Житомир» и др. Расчет и конструирование ЛМК выполнялись по
действующим на тот момент нормам проектирования СНиП II-23-81* «Стальные
конструкции. Нормы проектирования».

Для снижения веса каркаса стали использовать новые
профили, при изготовлении которых применялись технологии холодного
деформирования стальных листов. В это время появились так называемые гнутые
профили различного очертания, это и гнутые уголки, швеллера, профили С и Z
образные по ГОСТ 11474-76 и т.п. Характерной особенностью этих профилей
являлась небольшая их толщина, как правило от 3 до 6 мм.

В последнее время к этому классу конструкций стали
относить конструкции с использованием профилей с толщиной от 1 до 3 мм, так
называемых «тонкостенных» профилей. Появилось понятие Легких Стальных
Тонкостенных Конструкций (ЛСТК). Применение тонкостенных профилей в стальных
конструкциях является естественным продолжением развития направления развития
ЛМК.

Использование тонколистовых профилей потребовало
пересмотреть нормы проектирования и расчета элементов с использованием таких
профилей. Характерным отличием основ расчета таких элементов является учет
закритической работы стали на участках, испытывающих сжатие, чего ранее не
допускалось.

С введением с 2017 года нового руководящего документа
СП 260.132580.2016 «Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых
оцинкованных профилей и гофрированных листов. Правила проектирования» появилась
возможность систематизировать разрозненные рекомендации по проектированию
стальных конструкций с использованием тонкостенных профилей. До введения этого
документа были попытки учета тонкостенности профилей в расчетах конструкций из
этих профилей отдельными стандартами на уровне стандарта предприятий или
технических условий. Так, например для стальных профилированных листов
использовался СТО 0043-2005 «Настилы стальные профилированные для покрытий
зданий и сооружений», СТО 0047-2005 «Перекрытия сталежелезобетонные с
монолитной плитой по стальному профилированному настилу. Расчет и
проектирование». Кроме того, иногда использовались европейские нормы, а именно
ЕВРОКОД 3 «Проектирование стальных конструкций».

Заключение:

Расчетно-аналитическое исследование прогонов в
контексте исследования несущей способности профлиста кровли по прогонам с
учетом контактного взаимодействия поверхностей (опирания профилированного
настила) дает результаты.

1. Для открытых не замкнутых сечений швеллерного типа
скатная составляющая существенно утяжеляет конструкцию прогона, для прокатного
швеллера на 32%, для гнутого — на 26.21%.

2. Сортамент замкнутых гнуто-сварных профилей
позволяет подобрать сечение прогона наиболее сопоставимых параметров по расходу
стали с разницей примерно в 15%.

Проведенное расчетно-аналитическое исследование имеющих место расчетных и
предельных случаев несущей способности профлиста кровли при соединении листов
кровельного профнастила между собой посредством саморезов и заклепок дает
представление об актуальности исследования данного случая с учетом несущей
способности профлиста кровли по прогонам при необходимости рассмотрения
контактного взаимодействия поверхностей.

Проведено исследование диафрагмы жёсткости
из профилированного настила марки Н153-840-0.8-1.5, за счет контактного
взаимодействия, выполняющего функцию горизонтальных связей в плоскости верхних
поясов стропильных ферм покрытия одноэтажного трехпролетного здания на действие
ветровой нагрузки.

Проверка прочности продольных диафрагм из профлиста
при учете контактного взаимодействия показало, что прочность креплений обеспечивается при реализации
исходных данных, принятых в исследовании.

Фрагмент текста работы:

Особенности применения легких металлоконструкций для обустройства кровель Одним из самых
распространенных тонкостенных профилей является стальной профилированный настил
(профнастил). Этот профиль является еще и наиболее простой и распространенной
конструкцией, работающей на изгиб. 1.1.1 Общие сведения о профнастиле Профнастилом называют материал из профилированных
оцинкованных стальных листов. Изготавливается он методом холодного проката
стали. Отличительной чертой профнастила является наличие формованного профиля
различной высоты и конфигурации. Возможности применения профлиста многообразны
и широки. Он занимает одно из первых мест по популярности среди строительных
материалов подобного типа. Он экономичен, долговечен, сочетает хороший внешний
вид, достойное качество. Работа с профлистом возможна в любое время года. Он
очень технологичен, листы легко режутся, крепятся, отходов при работе
практически не остается.

Высота, форма гофры различны у разных видов
профнастила. Она выполняет роль элемента, придающего системе жесткость и
прочность. Этой же цели служат дополнительные ребра жесткости. Выпускается профлист
с различными видами покрытий. Самый дешевый — просто оцинкованная сталь,
возможно — окрашенная. Но применение цветного полимерного покрытия выводит этот
материал на качественно новую ступень. Оно препятствует коррозии, надежно
укрывая собственно сталь. Полимерное покрытие изготавливается из
высококачественных полиэстера, полиуретана, пурала, пластизола, что
обеспечивает листу стойкость к любым химическим или погодным воздействиям.