Экспериментальные исследования стальных стержней на центральное и внецентренное сжатие

Приведен краткий анализ нормативных документов, действующих в настоящее время в РФ, Евросоюзе, США и КНР, по расчетам сжатых стальных стержней. Установлено, что нормы РФ нуждаются в уточнении ввиду появления за последние годы новых сталей и поперечных сечений в виде, например, «тяжелых» двутавров и труб из сталей с пределом текучести до 600 МПа. Показано, что испытания двутавровых стоек из высокопрочных сталей хорошо коррелируют с нормативным расчетом на внецентренное сжатие (расхождение не более 10%). Наименьший запас 1,1% соответствует стержням, эксцентриситет в которых приложен в плоскости полок. Малый резерв несущей способности следует уточнить путем изучения остаточных напряжений. Испытания труб показывают, что нормы не учитывают тонкостенность, диаграмму работы стали, наличие сварных швов, работу стержня как оболочки. Отклонения нормативного расчета от испытаний для труб с D/t = 95 составляет до 30%. Выявлены пути совершенствования расчетов центрально и внецентренно сжатых стержней на основании анализа испытаний за последние 100 лет. Показано, что коэффициент продольного изгиба должен учитывать: «тонкостенность» коробчатых и трубных сечений, начальные несовершенства в виде локальных погибей, тип двутаврового профиля, а также способ их изготовления (сварной или прокатной).

Гибкость, двутавр, испытание, колонна, раскос, сжатие, сталь, стойка, устойчивость, эксперимент, эксцентриситет

1. ГеммерлингА.В. Несущая способность сжатых и сжато-изогнутых элементов стальных конструкций // Экспериментальные исследования стальных конструкций (сб. статей) под ред. В. А. Балдина. - М.-Л.: Гос. изд-во строительной литературы. 1950. С. 5-69.

2. Геммерлинг А.В. Несущая способность балок двутаврового сечения // Экспериментальные исследования стальных конструкций (сб. статей) под ред. В.А. Балдина. - М.-Л.: Гос. изд-во строительной литературы. 1950. С. 70-98.

3. Экспериментально-теоретическое исследование общего случая потери устойчивости внецентренно сжатого двутаврового стержня (1-й этап) / под ред. Н. П. Мельникова, B. М. Вахуркина, Г. М. Чувикина - М.: ГПИ Проектстальконструкция. 1954. 387 с.

4. Бельский Г.Е. Теоретические и экспериментальные исследования деформативности и устойчивости упруго защемленных стержней // Расчет конструкций, работающих в упруго-пластической стадии (труды института); под ред. А. В. Геммерлинга. - М.: Гос. изд-во лит-ры по строительству, архитектуре и строительным материалам. 1961. C.125-238.

5. Белый Г.И. Пространственная работа и предельные состояния стержневых элементов металлических конструкций: дисс.. докт. техн. наук: 05-23-01 / Белый Григорий Иванович. - Л.: 1987. 464 с.

6. Катюшин В.В. О коэффициентах продольного изгиба при центральном и внецентренном сжатии в области малых эксцентриситетов // Строительная механика и расчет сооружений. 2015. №6. С. 7-10.

7. Ros M. Die Bemessung zentrisch und exzentrich gedruckten Stabe auf Knickung // Bericht über die II Internationale Tagung für Brückenbau und Hochbau. - Wien: Springer-Verlag. 1928. Pp.282-303.

8. Stang A.H., Whittemore H.L., Sweetman L.R. Tests of Eight Large H-Shaped Columns Fabricated from Carbon-Manganese Steel // Journal of Research of National Bureau of Standards. 1936. Vol. 16. pp. 595-626.

9. Johnston B.G., Cheney L.T. Steel Columns of Rolled Wide-Flange Section Progress Report No.1 / / AISC Research Report No. 190, Lehigh University. Lehigh, 1942. 39 p.

10. Cheney L. T. Short steel columns progress report // Fritz Laboratory Reports, Paper 1222, Lehigh University. Lehigh,1939. 27 p.

11. Johnston B.G., Cheney L.T. Steel Columns of Rolled Wide-Flange Section Progress Report No. 2 / AISC Research Report No. 191 (Nov. 1942), Lehigh University. Lehigh, 1942. 39 p.

12. Чувикин Г.М. Экспериментальное исследование устойчивости внецентренно-сжатых стальных одностенчатых стержней при двухосном эксцентриситете // Расчет пространственных конструкций. 1960. Вып. 5. С. 57-78.

13. Kloppel K., Winkelmann E. Experimentelle und the oretische Untersuchungen uber die Traglast von zweichzig ausermitting gedruckten Stahlsaben // Der Stahlbau. 1962. №2-3. Pp. 78-87.

14. Birnstiel C., Michalos J. Ultimate load of H-columns under biaxial bending // A.S.C.E.: Structural Division Journal. 1963. Vol. 89, ST. (N) 2. Pp. 161-197.

15. Popov E. P., Stephen R.M. Capacity of Columns with Splice Imperfections / Popov, E.P. // Engineering Journal. American Institute Of Steel Construction. 1977. Q1. Pp. 16-23.

16. Бельский Г.Е., Дионисиади Л.Н. Исследование несущей способности стержней кольцевого сечения // Стальные конструкции из труб. Экспериментально-теоретические исследования. Под ред. С. А. Ильясевича. М.: ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко. 1973. С. 84-92.

17. Ривкин А.М., Бельский Г.Е. Исследование устойчивости внецентренно сжатых стержней трубчатого кольцевого сечения из стали 15ГС // Стальные конструкции из труб. Экспериментально-теоретические исследования. Под ред. С.А. Ильясевича. М.: ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко. 1973. С. 92-106.

18. Usami Т., Fukumoto Y. Local and overall buckling of welded box columns // J. Struct. Div. 1982. 108 (ST3). Pp. 525-542.

19. Usami T., Fukumoto Y., Aoki T. Tests on the interaction strength between local and overall buckling of welded box columns // (Сборник докладов общества гражданских строителей). 1981. №308 (апрель). Pp. 47-58.

20. Usami T., Fukumoto Y. Welded box compression members// Journal Struct. Eng. 1984. 110 (10). Pp. 2457-2470.

21. Rasmussen K.J.R., Hancock G.J. Tests of high strength steel columns // J. Constr. Steel Res. 1995. 34 (1). Pp. 27-52.

22. Shi G., Ban H.Y., Bijlaard F.S.K. Tests and numerical study of ultra-high strength steel columns with end restraints // J. Constr. Steel Res. 70. 2012. Pp. 236-247.

23. Ban H.Y., Shi G., Shi Y.J., Wang Y.Q. Overall buckling behavior of 460 MPa high strength steel columns: experimental investigation and design method // J. Constr. Steel Res. 2012. 74. Pp.140-150.

24. Ban H.Y., Shi G., Shi Y.J., Bradford M.A. Experimental investigation of the overall buckling behavior of 960 MPa high strength steel columns // J. Constr. Steel Res. 2013. 88. Pp. 256-266.

25. Wang Y.B., Li G.Q., Chen S.W., Sun F.F. Experimental and numerical study on the behavior of axially compressed high strength steel columns with H-section // Eng. Struct. 2012. 43. Pp.149-159.

26. Wang Y.B., Li G.Q., Chen S.W., Sun F.F. Experimental and numerical study on the behavior of axially compressed high strength steel box-columns // Eng. Struct. 2014. 58. Pp. 79-91.

27. Tian-Ji Li, Si-Wei Liu, Guo-Qiang Li, Siu-Lai Chan, Yan-Bo Wang. Behavior of Q690 high-strength steel columns: Part 1: Experimental investigation // Journal of Constructional Steel Research. 2016. №123. Pp. 18-30.

28. Одесский П.Д., Конин Д.В., Конина С.М., Шведов К.Н., Соколов К.Е. Горячекатаный прокат высокой прочности двутаврового профиля с параллельными гранями полок для строительных конструкций массового применения // Сталь. №6. 2017. С. 56-63.

29. Zhou F., Tong L.W., Chen Y.Y. Experimental and numerical investigations of high strength steel welded H-section columns// Int. J. Steel Struct. 2013. 13 (2) Pp. 209-218.

30. Nie S.D., Kang S.B., Shen L., Yang B. Experimental and numerical study on global buckling of Q460GJ steel box columns under eccentric compression // Eng. Struct. 2017. 142. Pp. 211-222.

31. Ведяков И.И., Одесский П.Д., Конин Д.В., Егорова А.А. Стали для прокатных двутавров с параллельными гранями полок. // Промышленное и гражданское строительство. 2015. №6. С. 30-35.

32. Конин Д.В., Олуромби А.Р. Анализ устойчивости прямошовных и спиральношовных труб из высокопрочных сталей при центральном и внецентренном сжатии на примере натурных экспериментов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2018. №6 (714). С. 106-116.

33. Ведяков И.И., Олуромби А.Р., Конин Д.В. Сравнительный анализ устойчивости стальных труб малой гибкости при действии продольных сжимающих сил / Сборник научн. трудов РААСН: Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования РААСН по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли российской федерации в 2017 году. 2018. С. 161-170.

34. Олуромби А.Р. Влияние состояния поставки стальных труб на несущую способность при сжатии с изгибом // Строительная механика и расчет сооружений. 2016. №5 (286). С. 57-63.