10806

Моделирование балки без смещений составных частей (рис. 3) показало следующее:

1)ввиду выбора оптимальных геометрических размеров отсутствуют концентраторы напряжений в перемычках между перфорациями несмотря на наличие острых вырезов, что предотвращает возможные сдвиговые деформации в стенке БСП, а также потерю местной устойчивости перемычки;

2)максимальные значения напряжений наблюдаются в сечениях, близких к середине пролета балки, что согласуется с теоретическими предпосылками сопротивления материалов,

3)выявлены концентраторы напряжений в скругленных углах вырезов, они носят локальный характер, величина напряжений превышает максимальные напряжения в середине пролета балки в 3,27 раза.

Рис. 3. Распределение напряжений в БСП без горизонтальных смещений составных

250

элементов

Моделирование балки со смещением составных частей относительно горизонтальной оси на расстояние = 5 мм (рис. 4) показало следующее:

1)общая картина распределения напряжений в балке не изменяется;

2)максимальные значения напряжений в середине пролета балки увеличиваются в 1,056 раза в сравнении с БСП без смещения элементов;

3)размещение концентраторов напряжений не изменяется, однако величина напряжений увеличивается в 1,06 раз.

а) распределение напряжений в середине б) локальные концентраторы напряжений в пролета балки балке

Рис. 4. Распределение напряжений в БСП с горизонтальным смещением составных элементов = 5 мм

Анализ прогибов балок показал, что их величина практически не изменяется (рис. 5) (изменения составили 0,6%), т.е. жесткость балки в независимости от наличия-отсутствия смещений элементов остается постоянной.

Рис. 5. Отчеты ПВК SCAD о величинах прогибов в БСП

Как показало моделирование, НДС БСП при неточной стыковке составных элементов изменяется, напряжения увеличиваются. Поскольку в настоящее время отсутствует общепринятый метод расчета напряженного состояния БСП ввиду сложности геометрии перфорации, и выведены только некоторые эмпирические зависимости, необходимы дальнейшие

251

исследования, которые должны показать, достаточны ли существующие коэффициенты запаса при расчете конструкций для учета помимо прочих фактора неточности стыковки, каким образом необходимо учитывать концентраторы напряжений в расчетных зависимостях, а также, каким образом осуществлять прогноз развития разрушений в местах размещения концентраторов.

Литература

1.Ганеман, Г.А. Анализ металлических балок с перфорированной стенкой / Г.А. Ганеман, А.А. Кикоть // Ползуновский альманах. – 2017. – №4, т.2. – С.49-52.

2.Притыкин, А.И. Распределение и концентрация напряжений в балках с синусоидальной перфорацией стенки / А.И. Притыкин, А.В. Мисник // Вестник МГСУ. – 2017. – Том 12. Выпуск 8 (107). – С.876-884.

3.Притыкин, А.И. Концентрация напряжений в балках с одним рядом шестиугольных вырезов / А.И. Притыкин // Вестник МГСУ. – 2009.

–№1. – С.118-121.

4.Притыкин, А.И. Прогибы перфорированных балок с круглыми вырезами / А.И. Притыки, А.С. Лаврова // Вестник ТГАСУ. – 2015. - №3. – С. -103.

5.Юрченко, А.А. Напряженно-деформированное состояние балок замкнутого сечения с перфорированными стенками: автореферат дис. … канд. техн. наук. – Красноярск, 2008. – 27 с.

6.Сhhapkhane N.K, Sashikant R. K. Analysis of stress distribution in castellated beam using finite element method and experimental techniques // International Journal of Mechanical Engineering and Applications Research. – 2012. – Vol. 03. Iss.03. – Pр.190–197.

В.Н. Бобылев, Д.В. Монич, С.Р. Попов, П.А. Гребнев

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет», г. Нижний Новгород

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ КАРКАСНО-ОБШИВНЫХ ПЕРЕГОРОДОК С ОДИНАРНЫМ И ДВОЙНЫМ КАРКАСОМ

Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований звукоизоляции каркасно-обшивных перегородок на одинарном

идвойном каркасе. Проведен сравнительный анализ результатов.

Внастоящее время в строительстве помимо массивных однослойных ограждающих конструкций активно применяются каркасно-обшивные перегородки. Это обусловлено удобством в монтаже, быстроте возведения,

252

небольшой массой и большим количеством конструктивных решений каркасно-обшивных перегородок.

Но, как и в случае однослойных массивных ограждающих конструкций, большинство конструктивных решений стен и перегородок жилых и общественных зданий не удовлетворяет нормативным требованиям по звукоизоляции [1].

Рис. 1. Рассматриваемые типы каркасно-обшивных перегородок на одинарном и двойном каркасе

В ходе данного научного исследования были проведены расчёты звукоизоляции для нескольких типов каркасно-обшивных перегородок, как с воздушным промежутком между листами обшивки, так и с заполнителем в виде звукопоглощающего материала. Расчеты выполнялись по стандартной методике, в соответствии с требованиями действующих нормативов [1], [2].

При этом учитывалось влияние основных параметров: поверхностной плотности и цилиндрической жесткости листовых обшивок, а также толщины воздушного промежутка между обшивками.

На основании результатов расчетов был построен сравнительный график частотных характеристик для двух типов каркасно-обшивных перегородок и произведен анализ влияния параметров ограждающих конструкций на их звукоизоляцию.

253

=

Рис. 2. Частотные характеристики звукоизоляции каркасно-обшивных перегородок с различной толщиной воздушного промежутка

При увеличении толщины воздушного промежутка значение резонансной частоты смещается в область более низких частот, за пределы нормируемого диапазона частот, а увеличение значения поверхностной плотности листов обшивок приводит к росту значений звукоизоляции во всем рассматриваемом диапазоне.

Также в рамках научного исследования была проведена серия экспериментов по изучению звукоизоляционных свойств каркаснообшивных конструкций. Измерения проводились в реверберационных камерах лаборатории акустики ННГАСУ. Были исследованы три типа перегородок:

1) Каркасно-обшивная перегородка на одинарном каркасе с шириной металлических профилей 75 мм и усиливающими рёбрами жёсткости. Каркас обшит листами ГКЛ толщиной 12,5 мм в 2 слоя с каждой стороны. Внутреннее заполнение - минераловатные плиты толщиной 50 мм.

2)Каркасно-обшивная перегородка на двойном каркасе (расстояние между каркасами 5 мм) с шириной металлических профилей 75 мм и усиливающими рёбрами жёсткости. Каркас обшит листами ГКЛ толщиной 12,5 мм в 2 слоя с одной стороны и в три слоя с другой. Внутреннее заполнение - минераловатные плиты толщиной 50 мм (2 слоя).

3)Каркасно-обшивная перегородка на двойном каркасе (расстояние между каркасами 20 мм, между стойками каркасов установлены усиливающие перемычки) с шириной металлических профилей 75 мм и усиливающими рёбрами жёсткости. Каркас обшит листами ГКЛ толщиной

254

12,5 мм в 2 слоя с каждой стороны. Внутреннее заполнение - минераловатные плиты толщиной 50 мм (2 слоя).

Полученные значения звукоизоляции приведены на рис. 3.

Рис. 3. Частотные характеристики звукоизоляции трех фрагментов ограждающих конструкций: 1 – экспериментальная кривая конструкции №1; 2 –

экспериментальная кривая конструкции №2; 3 – экспериментальная кривая конструкции №3

Результаты экспериментальных исследований показали, что за счет увеличения толщины воздушного промежутка и добавления еще одного листа обшивки можно добиться значительного прироста звукоизоляции на всем диапазоне частот. При этом стоит отметить, что установка усиливающих перемычек оказывает негативное влияние на звукоизоляцию ограждения. Она увеличивает жесткость двойного каркаса, при этом снижаются значения звукоизоляции в широком диапазоне частот.

По итогам расчетных и экспериментальных исследований было произведено сравнение результатов, полученных теоретическим методом расчета по СП 275. 132580.2016 и в ходе испытаний в лаборатории акустики ННГАСУ для двух видов каркасно-обшивных перегородок.

255

Рис. 4. Частотные характеристики звукоизоляции каркасно-обшивных перегородок, выполненных из 4 листов ГКЛ толщиной по 12,5 мм (по два листа с

каждой стороны) с воздушным промежутком между листами (75, 170 мм) и с заполнением в виде минваты (50, 100 мм): 1 – расчетная кривая (см. рис. 2 (1)); 2 – экспериментальная кривая (см. рис. 3 (1)); 3 – расчетная кривая (см рис. 2 (2)); 4 – экспериментальная кривая (см. рис. 3 (3)).

На основании сравнения расчетных и экспериментальных кривых звукоизоляции можно сделать вывод о том, что использованный в нормативной литературе современный графоаналитический метод не обладает необходимой точностью в вычислениях, так как не учитывает влияния одинарного или двойного каркаса. Кроме того, он не позволяет рассчитывать конструкции типа №2, так как количество листов обшивок с одной стороны более двух. Требуется проведение дальнейших исследований звукоизоляции каркасно-обшивных перегородок и создание новых расчетных методов.

Литература

1.СП 51.13330 «Защита от шума».

2.СП 275.1325800.2016. Конструкции ограждающие жилых и общественных зданий. Правила проектирования звукоизоляции.

256

А.К. Платунова, А.А. Хазова

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно - строительный университет»

КОНЦЕНТРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В МАТЕРИАЛАХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМАХ ДЕФЕКТОВ

При изготовлении деталей машин, приборов, различной аппаратуры, соединений строительных конструкций и других элементов, подверженных статическим или динамическим нагрузкам, при ряде условий может возникнуть необходимость выполнения ослаблений различной геометрической формы.

Любое ослабление в нагруженном материале непременно приводит к увеличению механических напряжений по сравнению с ожидаемыми, номинальными значениями [1]. Данное явление носит название «концентрация напряжений».

Реальные материалы изначально содержат большое количество дефектов различной природы, формы и размеров – микропоры, трещины, включения. Все эти дефекты увеличивают возникающие напряжения, снижая прочность материала в целом [1].

Задачи, связанные с влиянием дефектов на прочность материала, достаточно сложны и рассматриваются в курсах «механика поврежденной среды», «микромеханики», «теории разрушений».

Тем не менее, для описания процессов концентрации напряжений в первом приближении может быть использована конечно-элементная модель пластины, в которой замоделированы различные варианты вырезов или дефектов, в нашем случае ослабление вытянутой и треугольной формы (рис 1, 2) [2-4]. Пластина загружена «единичным» напряжением, в результате чего получаемые напряжения численно равны коэффициентам концентрации.

257

Рис.1. – Поля коэффициентов концентрации напряжений в пластине, имеющей ослабление разнонаправленной вытянутой формы

Рис.2 – Поля коэффициентов концентрации напряжений в пластине, имеющей ослабление треугольной формы

Любой материал изначально имеет большое количество внутренних дефектов, которые произвольным образом ориентированы в пространстве. Каждый дефект создает вокруг себя концентрации напряжений, которые могут заметно превышать расчетные характеристики материала. При наступлении расчетных нагрузок реальные локальные напряжения могут многократно превысить прогнозируемые. Повторение таких критических напряженно-деформируемых состояний, возникающих при циклическом загружении, будет приводить к постоянному увеличению как размеров дефектов, так и их количества.

Втот момент, когда микродефекты подойдут достаточно близко друг

кдругу, произойдет их объединение в макротрещину. Момент образования макротрещины обычно соответствует переходу конструкции в аварийное

258

состояние, в результате чего ее нормальное использование может оказаться затруднено или полностью невозможно.

В случае хрупких материалов при достижении в ослабленном сечении наибольшего напряжения, равного пределу прочности, образуется трещина, которая, быстро развиваясь, приводит к разрушению конструкции.

Далее в расчётной пластине под воздействием той же единичной нагрузки была смоделирована трещина. В местах нарушения целостности материала, т.е. в области его расслоения (трещины) была разрушена связь узлов конечных элементов – пластин. Трещина задавалась прямой (рис 3).

Нужно отметить, что опасность концентрации напряжений значительно возрастает при снижении температуры, поскольку материал становится более хрупким.

С образованием макротрещин при амплитудах напряжений, не достигающих расчетного сопротивления материала, связывается явление многоцикловой усталости [1]. При этом считается, что работа материала близка к упругой.

Среди конструкций, подверженных образованию трещин в процессе МнЦУ можно выделить конструкции, предназначенные для перемещения по ним различных грузов – железнодорожные фермы, рельсы, подкрановые конструкции. Они рассчитываются и проектируются таким образом, чтобы амплитудные значения напряжений не превышали расчетного сопротивления. Тем не менее, в определенный момент в опасных точках с максимальными локальными напряжениями появляются макротрещины, свидетельствующие о критическом уровне развития микродефектов.

Таким образ можно сделать вывод, что наличие трещин и иных дефектов приводит к резкому возрастанию напряжений в материале, значительно снижая прочность детали

Мониторинг реальных подкрановых конструкций подтверждает это. Например, в подкрановых балках двутаврового сечения при напряжениях, не доходящих до предела текучести, возникают трещины в зоне сопряжения верхнего пояса балки со стенкой – наиболее напряженной зоне.

259