54 УДК 624.012 ИССЛЕДОВАНИЕ ОТКРЫТЫХ ПРОФИЛЕЙ С БИМОМЕНТНЫМИ СВЯЗЯМИ. КОНОНОВИЧ К. В., ДАВЫДОВ Е. Ю. Белорусский национальный технический университет Минск, Беларусь Введение. За всё время развития расчёта и конструирования ме- таллических конструкций, наибольше распространение получили конструктивные схемы из открытых тонкостенных профилей. По сравнению со стержнями закрытого профиля, они обладают преимуществами ввиду простоты изготовления и эксплуатации. Поэтому чаще всего применяются стержни незамкнутого профиля из прокатных двутавров, швеллеров и т.д., как в отдельности, так и в виде сложных составных сечений. Однако, недостатком тонкостенных открытых профилей, по сравнению с закрытыми, является их низкая сопротивляемость кру- тящим моментам. Усиление открытых профилей. Достаточно очевидно, что раз- работка и обоснование какого-либо конструктивного или иного ме- тода, который позволит сохранить преимущества стержней откры- того профиля и придать им преимущества стержней закрытых про- филей (значительное увеличение сопротивления кручению) пред- ставляет большую ценность. Впервые такие мероприятия были предложены автором теории расчёта упругих стержней, профессо- ром В.З.Власовым в его монографии [3]. Метод предложенный Вла- совым заключался в добавлении к стержням поперечных планок, закрепляющие продольные края от взаимного продольного смеще- ния, тем самым значительно уменьшающие депланации поперечно- го сечения стержня при кручении. Так же в его монографии [3] был описан возможный метод расчёта тонкостенных стержней, усилен- ных планками. В ЦНИПСе в 1993 г. профессором Д. В. Бычковым и кандидатом технических наук А. К. Мрощинским были проведены эксперимен- 55 ты, подтвердившие теорию Власова. Некоторые результаты этих экспериментальных исследований были представлены в [2]. Все перечисленные авторы в основном исследовали влияние би- моментных связей на сопротивление стержня кручению, а также вли- яние этих связей на возникновение напряжений от депланации сече- ния. Во всех исследованиях изучалась работа тонкостенных стерж- ней с бимоментными связями при их работе на свободное кручение, стеснённое кручение или кручение с изгибом. Однако слабо осве- щенным остается вопрос о влиянии бимоментных связей на устойчи- вость тонкостенных открытых стержней при изгибе. По результатам исследований можно сделать вывод о значительном повышении кру- тильной жёсткости GIк. Так как момент инерции стержня при сво- бодном кручении имеет значительное влияние на устойчивость стержня при изгибе, можно сделать вывод о её повышении. Так же остаются слабоизученными вопросы о влиянии бимо- ментных связей на изгибную жёсткость стержня, и местную устой- чивость элементов сечения. Одним из недостатков упомянутых вы- ше экспериментов является то, что испытания проводились на мас- штабных мелкоразмерных образцах, поэтому изучение поведения образцов выполненных в натуральную величину, так же представ- ляет интерес. Бимоментные связи могут использоваться для повышения кру- тильной жёсткости как при новом строительстве, так и при усиле- нии уже существующих конструкций. Одним из примеров такого использования является разработанное авторами статьи усиление подкрановой балки сборочного цеха завода «Амкодор». Согласно проведенному обследованию, прочность подкрановой балки была обеспечена, однако при проверке устойчивости, эти балки имели напряжения в 1.5 раза превышающие расчётное сопро- тивление. Основную часть из этих напряжений составляют напря- жения от учёта потери устойчивости балки при изгибе использова- нием коэффициента б : 2 2 34882 1168 0.399 3719 242 32.126 25.26 P T б x y c y n M M W W кН кНR см см              (1) 56 Рис. 1. Геометрические размеры усиляемой балки Сечение имеет следующие геометрические характеристики: Ix=158 037 см4, Iy=2 665 см4, Iк=82,87 см4, Wx=3 718 см3, Wy=242 см4. Для обеспечения общей устойчивости авторами было предложе- но усиление бимоментными связями в виде раскосов, что должно было повысить жёсткость стержня при свободном кручении. Пред- лагаемое усиление представляет собой решётку из уголков 50×5, выполненных из стали С235, приваренных к полкам балки с одной стороны. Предложенный метод усиления обусловлен тем, что рядом с балкой возведены стены, что мешает размещению дополнитель- ных конструкций, раскрепляющих балку из плоскости её работы, а так же каких-либо других конструкций повышающих её устойчи- вость. Предлагаемое усиление располагается со стороны к которой есть доступ для производства работ, и не препятствует технологи- ческому процессу. Схема усиления представлена на рис. 2 Рис. 2. Схема усиления балки Для аналитического изучения, были построены три модели под- крановой балки в программе ANSYS. Первая модель представляла собой балку постоянного сечения без изменения высоты сечения на опоре, а так же без рёбер жёсткости. Данная модель была необходима для сопоставления результатов моделирования с теоретическими результатами вычис- ления крутильной жёсткости по формуле:  33к i iI t b   (2) 57 где  – коэффициент зависящий от вида сечения (для двутавров обычно принимается 1,3  ) ,i it b – толщина и ширина пластин, из которых состоит сечение соответственно. Вторая модель была выполнена по чертежам подкрановой балки без усиления. Третья модель выполнялась с усилением в виде раскосов. Ко всем моделям прикладывались противонаправленные крутя- щие моменты по концам балки в Mк=200 Нм. Моменты создавались парой сил приложенных к верхнему и нижнему поясу. Для создания свободного кручения в торцах балок по середине высоты сечения моделировались выступающие участки стенки размерами 2×2 см, на нижние ребра которых накладывались ограничения перемещения по 3 осям. Такое закрепление не ограничивает депланации сечений, а так же позволяет точно обозначить центр кручения. Материал ба- лок задавался как сталь С235 с модулем упругости E=206 ГПа и мо- дулем сдвига G=76,9 ГПа. Рис. 3. Модель балки с усилением После расчёта моделей определялся угол поворота сечения, и вычислялся момент инерции при свободном кручении по формуле: кк MI G  (3) По результатам вычислений момента инерции при кручении бы- ла для всех моделей была составлена таблица. 58 Таблица Модель Угол пово- рота сече- ния, рад Относительный угол закручивания, рад. Момент инерции при свободном кручении, см4 Iк/Iктеор Балка 0.0212 0.002826 92.01 1.11 Балка без усиления 0.0153 0.002035 127.79 1.54 Балка с усилением 0.0028 0.00037 702.84 8.48 Отношение полученного по первой модели момента инерции к вычисленному теоритически составляет 1,11. В исследованиях Д. В. Бычкова и А. К. Мрощинского указано, что коэффициент для двутавров 1,3  принят усреднённым и имеет значения в пределах от 1,1 до 1,5. Экспериментальные исследования показали, что для двутавров с высотой сечения больше 500мм коэффициент  при- нимает значения близкие к 1,5 [2]. Учёт этого факта объясняет рас- хождение между результатами, полученными в модели с теоретиче- скими в 11%. Поэтому, с достаточной уверенностью можно сказать о правильности моделирования балки и точности определения мо- мента инерции при кручении для всех моделей, т.к. они имеют оди- наковые условия закрепления и нагружения. Используя полученные из модели балки с усилением данные о повышении момента инерции при кручении в 8,5 раз, можно сде- лать заключение о повышении её устойчивости по формуле: 2 2702.84 75001,54 1,54 30.49 2665 865 eft y lI I h               , (4) 1.75 0.09 1.75 0.09 30.49 4.49        , (5) 2 0.865xb y ef y I h E I l R          , (6) 2 2 34882 1168 15.65 25.26 0.865 3718 242 P T b x y M M кН кН W W см см           . (7) Заключение. Исследования проведенные в этой области пока- зывают, что бимоментные связи повышают крутильную жёсткость, что позволяет открытым профилям лучше сопротивляться закручи- 59 вающим нагрузкам. Однако, так же они повышают и устойчивость стержней при изгибе, что было показано в данной работе. Поэтому изучение этого вопроса, может оказать влияние на развитие как конструктивных методов усиления существующих конструкций, так и на создание новых конструктивных форм. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Бычков. Д.В. Структура механических стержневых тонко- стенных конструкций. – М.: Госстройиздат, 1962. – 475 с. 2. Бычков. Д.В. Кручение металлических балок / Д.В. Бычков, А.К. Мрощинский. – М.: Государственное издательство строитель- ной литературы, 1944.- 260 с. 3. Власов. В.З. Тонкостенные упругие стержни. – М.: Гос. из- дательство физико-математической литературы, 1959. – 568 с. 4. СНиП II-23-81* "Стальные конструкции. Нормы проектиро- вания" М.: ЦИТП Госстроя СССР, 2008 г. – 89 c. УДК 624.131+624.15 ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ С УЧЕТОМ ИХ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ ГРУНТОВЫХ МОДЕЛЕЙ 1ЛОБАЧЕВА Н. Г., 2ГРИНЕВ В. В. 1Полоцкий государственный университет Новополоцк, Беларусь 2Белорусский национальный технический университет Минск, Беларусь Введение. Постановка проблемы. В настоящее время в Респуб- лике Беларусь произошли существенные изменения в практике строительства и эксплуатации зданий. Увеличились требования к зданиям, в том числе к их надежности и долговечности. Все чаще возводятся здания в условиях плотной городской застройки. Обеспечение надежности конструкций здания при минимальной затрате материалов определяется в большей мере степенью точности выбора грунтовой модели основания, наиболее правдоподобно от-