Григорий Михайлович Бажин — старший преподаватель кафедры металлических и деревянных конструкций
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26
РИНЦ ID: 809764
Grigoriy M. Bazhin — senior lecturer of the Department of Metal and Timber Structures
26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337
ID RSCI: 809764
Введение. В настоящее время возрастают требования к надежности и долговечности металлоконструкций, а также их экономической целесообразности. Учитывая сложность анализа множества факторов, влияющих на прочность, устойчивость и долговечность сварных стальных балок, предлагается новый подход к определению оптимальных размеров, основанный на энергетической теории прочности, с выводом новых коэффициентов, для упрощения подбора сечения балок.
Материалы и методы. Проведен анализ с использованием энергетической теории прочности, с применением которой рассчитана потенциальная энергия упругой деформации стальных сварных балок. Для установления оптимальных размеров балок вычислена первая производная потенциальной энергии упругой деформации по высоте балки, полученный в итоге результат позволил составить отношение высоты и толщины стенки балки к ширине и толщине пояса балки. Это отношение обозначено коэффициентом kopt, при помощи которого предложена методика подбора оптимального сечения балки.
Результаты. Выведены формулы, позволяющие быстро и с наименьшим весом подобрать оптимальное сечение балки с использованием коэффициента kopt и гибкости стенки. Путем итерационного расчета определены оптимальные значения коэффициента kopt и гибкости при различных нагрузках и пролетах балок. Выведены формулы для установления kopt, зависящие от распределенной нагрузки q, приведены графики и таблицы для определения оптимальной гибкости стенки балки и коэффициента kopt при заданных параметрах.
Выводы. Сформулирован метод подбора оптимальных размеров стальных сварных балок, опирающийся на энергетическую теорию прочности и введение коэффициента kopt. Разработанные формулы и выполненный итерационный расчет, результаты которого представлены в таблицах, позволяют обеспечить быстрый и металлоемкий подбор оптимального сечения сварных балок при различных нагрузках и пролетах, что значительно упрощает процесс проектирования и повышает эффективность использования материалов и конструкций.
Introduction. At the present time, the requirements to reliability and durability of steel structures, as well as their economic feasibility, are increasing. Considering the complexity of analyzing multiple factors influencing the strength, stability and durability of steel welded beams, a new approach to the determination of optimal dimensions based on maximum-strain-energy theory is proposed, with the derivation of new coefficients to simplify the selection of beam cross-sections.
Materials and methods. The research involved an analysis using maximum-strain-energy theory, with the application of which the potential energy of elastic deformation of steel welded beams was calculated. To determine the optimal dimensions of beams, the first derivative of the potential energy of elastic deformation over the height of the beam was calculated to establish the optimal dimensions of the beams, and the obtained result made it possible to compute the ratio of the height and thickness of the beam web to the width and thickness of the beam girdle. This ratio is denoted by the coefficient kopt, by means of which a methodology for selecting the optimal beam cross-section is proposed.
Results. Formulas were derived which allow to select the optimal beam section quickly and with the least weight using the coefficient kopt and web flexibility. Iterative calculations were used to determine the optimal values of the coefficient kopt and flexibility under different loads and beam spans. As a result of the research, formulas for determining kopt were derived, depending on the distributed load q, along with graphs and tables for determining the optimal web flexibility and the kopt coefficient for the given parameters.
Conclusions. Based on the conducted analysis, a method of selecting the optimal dimensions of steel welded beams was formulated, based on maximum-strain-energy theory and the introduction of the kopt coefficient. The developed formulas and iterative calculations, the results of which are presented in tables, make it possible to provide a quick and metal-intensive selection of the optimal cross-section of welded beams under different loads and spans, significantly simplifying the design process and increases the efficiency of the use of materials and structures.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.