Розрахунок вдосконалених сталевих балок будівель і споруд гірничо-металургійного комплексу

Заголовок (російською): 
Расчет усовершенствованных стальных балок зданий и сооружений горно-металлургического комплекса
Заголовок (англійською): 
Calculation of the improved steel beams of buildings and structures of the mining and metallurgical complex
Автор(и): 
Гезенцвей Ю.І.
Олевський В.І.
Волчок Д.Л.
Олевський О.В.
Автор(и) (англ): 
Gezentsvey E.I.
Olevskyi V.I.
Volchok D.L.
Olevskyi O.V.
Ключові слова (укр): 
балка, перфорована стінка, економія ваги, втомна міцність
Ключові слова (рус): 
балка, перфорированная стенка, снижение веса, усталостная прочность
Ключові слова (англ): 
beam, perforated wall, weight saving, fatigue strength
Анотація (укр): 
В останні десятиліття несучі елементи будівель і споруд гірничо-металургійного комплексу потребують розробки нових більш ефективних конструкторських рішень в зв'язку з інтенсифікацією технологічних процесів, збільшенням температурних навантажень і агресивності середовища. Основним напрямком підвищення ефективності таких елементів є їх конструювання з економно легованої сталі, що дозволяє збільшити ресурс споруд і запобігти аварійність при значному підвищенні температури. У зв'язку з тим, що леговані стали мають більш високі механічні характеристики при підвищених температурах, виникає питання про створення полегшених балкових конструкцій з таких сталей, зниження їх матеріаломісткості при збереженні стійкості і втомної міцності балок, найбільш перспективним представляється використання зварних балок з перфорованою стінкою і складових балок. Розглядається питання створення найбільш ефективної форми поперечного перерізу металевих балок з перфорованою стінкою і підкранових зварних балок, а також підкранових балок при поперечному вигині з урахуванням міцності, місцевої стійкості, стійкості плоскої форми вигину і втомної міцності. Показано, що ефективною формою балок з перфорованою стінкою є коробчата конструкція з перфорованих швелерів. Проведено розрахунок для вибору раціональної конструкції, виготовленої з сортаменту гарячекатаних профілів швелерів. Показано, що за рахунок застосування запропонованої форми перерізу може бути досягнута значна економія ваги конструкції. З урахуванням тривимірного напружено-деформованого стану оцінена втомна міцність зварних металевих підкранових балок, що працюють у важких умовах. Показана ефективність використання гарячекатаної двотаврової балки в якості верхнього пояса таких зварних балок. Продемонстровано необхідність застосування двотаврової гарячекатаної балки і для забезпечення втомної міцності нижнього пояса. Застосування запропонованого нами раніше комбінованого методу розрахунку конструкцій промислових будівель і споруд та використання економно легованих сталей дозволяє створити нові конструкції відповідальних елементів, що дозволяють знизити їх матеріаломісткість і підвищити ресурс. Подальші дослідження можуть бути проведені для реально проектованих об'єктів з метою їх здешевлення і підвищення надійності при експлуатації в умовах гірничо-металургійного виробництва.
Анотація (рус): 
В последние десятилетия несущие элементы зданий и сооружений горно-металлургического комплекса нуждаются в разработке новых более эффективных конструкторских решений в связи с интенсификацией технологических процессов, увеличением температурных нагрузок и агрессивности среды. Основным направлением повышения эффективности таких элементов является их конструирование из экономно легированной стали, что позволяет увеличить ресурс сооружений и предотвратить аварийность при значительном повышении температуры. В связи с тем, что легированные стали имеют более высокие механические характеристики при повышенных температурах, возникает вопрос о создании облегченных балочных конструкций из таких сталей, снижения их материалоемкости при сохранении устойчивости и усталостной прочности балок, наиболее перспективным представляется использование сварных балок с перфорированной стенкой и составных балок. Рассматривается вопрос создания наиболее эффективной формы поперечного сечения металлических балок с перфорированной стенкой и подкрановых сварных балок, а также подкрановых балок при поперечном изгибе с учетом прочности, местной устойчивости, устойчивости плоской формы изгиба и усталостной прочности. Показано, что эффективной формой балок с перфорированной стенкой является коробчатая конструкция из перфорированных швеллеров. Проведен расчет для выбора рациональной конструкции, изготовленной из сортамента горячекатаных профилей швеллеров. Показано, что за счет применения предложенной формы сечения может быть достигнута значительная экономия веса конструкции. С учетом трехмерного напряженно-деформированного состояния оценена усталостная прочность сварных металлических подкрановых балок, работающих в тяжелых условиях. Показана эффективность использования горячекатаной двутавровой балки в качестве верхнего пояса таких сварных балок. Продемонстрирована необходимость применения двутавровой горячекатаной балки и для обеспечения усталостной прочности нижнего пояса. Применение предложенного нами ранее комбинированного метода расчета конструкций промышленных зданий и сооружений и использование экономно легированных сталей позволяет создать новые конструкции ответственных элементов, позволяющие снизить их материалоемкость и повысить ресурс. Дальнейшие исследования могут быть проведены для реально проектируемых объектов с целью их удешевления и повышения надежности при эксплуатации в условиях горно-металлургического производства.
Анотація (англ): 
Load-bearing elements of buildings and structures of the mining and metallurgical complex in recent decades need to develop new more effective design solutions due to the intensification of technological processes, an increase in temperature loads and aggressiveness of the environment. The main direction of increasing the efficiency of such elements is their design from economically alloyed steel, which allows to increase the resource of structures and prevent accidents with a significant increase in temperature. Due to the fact that alloyed steels have higher mechanical characteristics at elevated temperatures, the question arises of creating lightweight beam structures from such steels, reducing their material consumption while maintaining the stability and fatigue strength of beams, the most promising is the use of welded beams with a perforated wall and composite beams. The creation of the most effective cross-sectional shape of metal beams with a perforated wall and welded beams, as well as crane beams in transverse bending, considering strength, local stability, flat bending stability and fatigue strength is considered. It is shown that an effective shape of beams with a perforated wall is a box-shaped structure made of perforated channels. A calculation was carried out to select a rational design made of an assortment of hot-rolled channel profiles. It is shown that due to the use of the proposed sectional shape, significant savings in the weight of the structure can be achieved. Considering the three-dimensional stress-strain state, the fatigue strength of welded metal crane girders operating in severe conditions is estimated. The efficiency of using a hot-rolled I-beam as the upper chord of such welded beams is shown. The necessity of using a hot-rolled I-beam and to ensure the fatigue strength of the lower chord is demonstrated. The use of the previously proposed combined method for calculating the structures of industrial buildings and structures and the use of economically alloyed steels allows us to create new designs of critical elements that reduce their material consumption and increase their resource. Further research can be carried out for real object designs in order to reduce their cost and increase reliability during operation in the conditions of mining and metallurgical production.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2021, номер 106
Назва журналу, номер, рік випуску (рус): 
Сопротивление материалов и теория сооружений, 2021, номер 106
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2021, number 106
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
05-106_gezentsvey_olevskyi_volchok_olevskyi_.pdf
Дата публікації: 
28 May 2021
Номер збірника: 
106
Університет автора: 
Metinvest Engineering LLC ;Ukrainian State University of Chemical Technology ; Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture 4Oles Honchar Dnipro University
Литература: 
  1. Kudishin, Yu. I. Metallicheskie konstrukcii: uchebnik. (Metal structures: textbook) / Yu. I. Kudishin, E.I Belenya, V.S Ignatieva. - 13th ed., Rev. - M.: Publishing Center Academy, 2011 . – 688 p. (in Russian)
  2. Gezentsvey E.I. Sovremenny`e metody` rascheta zdanij i sooruzhenij metallurgicheskogo i gorno-obogatitel`nogo proizvodstva s intensivny`mi istochnikami tepla (Modern methods of calculating buildings and structures of metallurgical and mining and processing industries with intensive heat sources: monograph) / E.I. Gezentsvey, V.I. Olevsky, A.V. Olevsky. - K.: Publishing house "Steel", 2020. – 131 p.           (in Russian)
  3. Gezetsvey E.I., Olevsky V.I., Olevsky A.V. Sravnitel`ny`j analiz prochnosti kozhukha domennoj pechi modernizirovannoj konstrukczii iz stali 10G2FB i tradiczionnoj iz stali 09G2S (Comparative analysis of the strength of the blast furnace shell of a modernized design made of steel 10G2FB and traditional steel 09G2S) / Promislove Budivnitsvo and Engineering Sporudi. –2020. - No. 3 - P. 36–41. (in Russian)
  4. Mikhailov V.V. Proektirovanie stal`ny`kh konstrukczij na primere balochnoj kletki: uchebnoe posobie (Design of steel structures on the example of a beam cage: a tutorial) / V.V. Mikhailov, M.S. Sergeev. - Vladim. State University named after A. Grigorievich and N.G. Stoletovs. - Vladimir: Publishing house of VlSU, 2012 . – 72 p. (in Russian)
  5. Endzhievsky L.V. Karkasy` zdanij iz lyogkikh metallicheskikh konstrukczij i ikh e`lementy` : uchebnoe posobie (Frameworks of buildings made of light metal structures and their elements: textbook) / L.V. Endzhievsky, V.D. Nadelyaev, I. Ya. Petukhova. - M., 1998 . – 247 p. (in Russian)
  6. Pritykin A.I. Razrabotka metodov rascheta i konstruktivny`kh reshenij balok s odnoryadnoj i dvukhryadnoj perforacziej stenki (Development of calculation methods and design solutions for beams with single-row and two-row perforation of the wall): author. dis ... cand. tech. sciences. - Kaliningrad, 2011. – 44 p. (in Russian)
  7. Pritykin A.I. Osobennosti rascheta perforirovanny`kh balok MKE` (Features of calculation of perforated beams FEM) / A.I. Pritykin, A.V. Misnik, A.S. Lavrova // Izvestiya KSTU. - 2016. - No. 43. – P. 249-259. (in Russian)
  8. Matematicheskie metody` modelirovaniya tekhnicheskikh i biologicheskikh sistem s uchetom otklonenij (Mathematical methods for modeling technical and biological systems taking into account deviations) / S. A. Borzov, S. S. Nasonova, A. V. Polishchuk [and others]; ed. V.I. Olevsky. - D.: Publishing house Makovetskiy Yu.V., 2017. – 214 p. (in Russian)
  9. Baiev S.V., Volchok D.L. Nonlinear oscillations of a prestressed concrete bridge beam subjected to harmonic perturbation in the conditions of indeterminacy of parameters // Opir materials and theory of construction Science and technology collection. V. 104. Kyiv 2020. –P. 147-163
  10. Baranenko V., Volchok D. Evaluation of the maximum axial force on a cylindrical shell structure in terms of stability and strength using fuzzy quantities of chosen geometric parameters // Roads and Bridges-Drogi i Mosty. - 2016. - V. 15. - No. 1. – P. 71-81.
  11. Daripasko, V.M. Prochnost` i ustojchivost` dvutavrovy`kh e`lementov s perforirovannoj stenkoj pri obshhem sluchae zagruzheniya (Strength and stability of I-beams with a perforated wall in the general case of loading: author. dis. Cand. tech. Sciences: 05.23.01) / Daripasko Vadim Mihaylovich - SPb., 2000. - 22 p. (in Russian)
  12. Kopytov, M.M. Mestnaya ustojchivost` stenki perforirovannogo dvutavra (Local stability of the wall of a perforated I-beam) / M.M. Kopytov, S.G. Yashin // Bulletin of TSUACE. - 2000. - No. 1 (2). – P. 152-158. (in Russian)
  13. Litvinov, E.V. Prochnost` i ustojchivost` stenki v linejno-perforirovanny`kh e`lementakh stal`ny`kh konstrukczij s regulyarny`mi otverstiyami (Strength and stability of the wall in linearly perforated elements of steel structures with regular holes: author. dis. Cand. tech. Sciences: 05.23.01) / Litvinov Evgeniy Vladimirovich. - Novosibirsk, 2006. – 24 p. (in Russian)
  14. Olkov, Ya.I. Nekotory`e rezul`taty` optimizaczii stal`ny`kh balok s perforirovanny`mi stenkami (Some results of optimization of steel beams with perforated walls) / Ya.I. Olkov, A.A. Mohammed // Fifth Ural Academic Readings - Yekaterinburg: URO RAASN, 2000. – P. 21-23. (in Russian)
  15. Pritykin, A.I. Konczentracziya napryazhenij v balkakh s odnim ryadom shestiugol`ny`kh vy`rezov (Stress concentration in beams with one row of hexagonal cutouts) / A.I. Pritykin // Vestnik MGSU. - 2009. - No. 1 – P. 118–121. (in Russian)
  16. Pritykin, A.I. Mestnaya ustojchivost` balok-stenok s shestiugol`ny`mi vy`rezami (Local stability of beams-walls with hexagonal cutouts) / A.I. Pritykin // Building mechanics and calculation of structures. - 2011. - No. 1 – P. 2–6. (in Russian)
  17. Pritykin, A.I. Raschet perforirovanny`kh balok (Calculation of perforated beams) / A.I. Pritykin. - Kaliningrad: Publishing house of KSTU, 2008 .- 308 p.
  18. Reshenie problemy` vy`noslivosti podkranovy`kh balok pri tyazhyolom rezhime e`kspluataczii (Solving the problem of endurance of crane girders under heavy operating conditions: monograph) / K.K. Nezhdanov, A.K. Nezhdanov. - Penza: PGUAS, 2015 . – 124 p. (in Russian)
  19. Alyamovsky A.A. SolidWorks Simulation. Inzhenerny`j analiz dlya professionalov: zadachi, metody`, rekomendaczii. (SolidWorks Simulation. Engineering analysis for professionals: tasks, methods, recommendations). - DMK Press, 2015. – 562 p. (in Russian)
  20. Nezhdanov, K.K. Sposob garantirovaniya zadannoj vy`noslivosti K-obraznogo svarnogo shva v podrel`sovoj zone stenki dvutavrovoj podkranovoj balki  (A method for guaranteeing a given endurance of a K-shaped weld in the under-rail zone of an I-beam crane girder [Text]) / K.K. Nezhdanov, A.K. Nezhdanov, A.A. Kuzmishkin // Building mechanics and design of structures. - 2008. - No. 1 - pp. 52–57. (in Russian)
  21. Nezhdanov, K.K. Reshenie problemy` obespecheniya dostatochnoj vy`noslivosti i resursa intensivno e`kspluatiruyushhikhsya podkranovy`kh balok (Solution of the problem of ensuring sufficient endurance and resource of intensively operated crane beams [Text]) / K.K. Nezhdanov, A.A. Lashtankin, D.Kh. Kurtkezov // Construction mechanics and calculation of structures. - 2013. - No. 5 – P. 41–47. (in Russian)
  
References: 
  1. Kudishin, Yu. I. Metallicheskie konstrukcii: uchebnik. (Metal structures: textbook) / Yu. I. Kudishin, E.I Belenya, V.S Ignatieva. - 13th ed., Rev. - M.: Publishing Center Academy, 2011 . – 688 p. (in Russian)
  2. Gezentsvey E.I. Sovremenny`e metody` rascheta zdanij i sooruzhenij metallurgicheskogo i gorno-obogatitel`nogo proizvodstva s intensivny`mi istochnikami tepla (Modern methods of calculating buildings and structures of metallurgical and mining and processing industries with intensive heat sources: monograph) / E.I. Gezentsvey, V.I. Olevsky, A.V. Olevsky. - K.: Publishing house "Steel", 2020. – 131 p.           (in Russian)
  3. Gezetsvey E.I., Olevsky V.I., Olevsky A.V. Sravnitel`ny`j analiz prochnosti kozhukha domennoj pechi modernizirovannoj konstrukczii iz stali 10G2FB i tradiczionnoj iz stali 09G2S (Comparative analysis of the strength of the blast furnace shell of a modernized design made of steel 10G2FB and traditional steel 09G2S) / Promislove Budivnitsvo and Engineering Sporudi. –2020. - No. 3 - P. 36–41. (in Russian)
  4. Mikhailov V.V. Proektirovanie stal`ny`kh konstrukczij na primere balochnoj kletki: uchebnoe posobie (Design of steel structures on the example of a beam cage: a tutorial) / V.V. Mikhailov, M.S. Sergeev. - Vladim. State University named after A. Grigorievich and N.G. Stoletovs. - Vladimir: Publishing house of VlSU, 2012 . – 72 p. (in Russian)
  5. Endzhievsky L.V. Karkasy` zdanij iz lyogkikh metallicheskikh konstrukczij i ikh e`lementy` : uchebnoe posobie (Frameworks of buildings made of light metal structures and their elements: textbook) / L.V. Endzhievsky, V.D. Nadelyaev, I. Ya. Petukhova. - M., 1998 . – 247 p. (in Russian)
  6. Pritykin A.I. Razrabotka metodov rascheta i konstruktivny`kh reshenij balok s odnoryadnoj i dvukhryadnoj perforacziej stenki (Development of calculation methods and design solutions for beams with single-row and two-row perforation of the wall): author. dis ... cand. tech. sciences. - Kaliningrad, 2011. – 44 p. (in Russian)
  7. Pritykin A.I. Osobennosti rascheta perforirovanny`kh balok MKE` (Features of calculation of perforated beams FEM) / A.I. Pritykin, A.V. Misnik, A.S. Lavrova // Izvestiya KSTU. - 2016. - No. 43. – P. 249-259. (in Russian)
  8. Matematicheskie metody` modelirovaniya tekhnicheskikh i biologicheskikh sistem s uchetom otklonenij (Mathematical methods for modeling technical and biological systems taking into account deviations) / S. A. Borzov, S. S. Nasonova, A. V. Polishchuk [and others]; ed. V.I. Olevsky. - D.: Publishing house Makovetskiy Yu.V., 2017. – 214 p. (in Russian)
  9. Baiev S.V., Volchok D.L. Nonlinear oscillations of a prestressed concrete bridge beam subjected to harmonic perturbation in the conditions of indeterminacy of parameters // Opir materials and theory of construction Science and technology collection. V. 104. Kyiv 2020. –P. 147-163
  10. Baranenko V., Volchok D. Evaluation of the maximum axial force on a cylindrical shell structure in terms of stability and strength using fuzzy quantities of chosen geometric parameters // Roads and Bridges-Drogi i Mosty. - 2016. - V. 15. - No. 1. – P. 71-81.
  11. Daripasko, V.M. Prochnost` i ustojchivost` dvutavrovy`kh e`lementov s perforirovannoj stenkoj pri obshhem sluchae zagruzheniya (Strength and stability of I-beams with a perforated wall in the general case of loading: author. dis. Cand. tech. Sciences: 05.23.01) / Daripasko Vadim Mihaylovich - SPb., 2000. - 22 p. (in Russian)
  12. Kopytov, M.M. Mestnaya ustojchivost` stenki perforirovannogo dvutavra (Local stability of the wall of a perforated I-beam) / M.M. Kopytov, S.G. Yashin // Bulletin of TSUACE. - 2000. - No. 1 (2). – P. 152-158. (in Russian)
  13. Litvinov, E.V. Prochnost` i ustojchivost` stenki v linejno-perforirovanny`kh e`lementakh stal`ny`kh konstrukczij s regulyarny`mi otverstiyami (Strength and stability of the wall in linearly perforated elements of steel structures with regular holes: author. dis. Cand. tech. Sciences: 05.23.01) / Litvinov Evgeniy Vladimirovich. - Novosibirsk, 2006. – 24 p. (in Russian)
  14. Olkov, Ya.I. Nekotory`e rezul`taty` optimizaczii stal`ny`kh balok s perforirovanny`mi stenkami (Some results of optimization of steel beams with perforated walls) / Ya.I. Olkov, A.A. Mohammed // Fifth Ural Academic Readings - Yekaterinburg: URO RAASN, 2000. – P. 21-23. (in Russian)
  15. Pritykin, A.I. Konczentracziya napryazhenij v balkakh s odnim ryadom shestiugol`ny`kh vy`rezov (Stress concentration in beams with one row of hexagonal cutouts) / A.I. Pritykin // Vestnik MGSU. - 2009. - No. 1 – P. 118–121. (in Russian)
  16. Pritykin, A.I. Mestnaya ustojchivost` balok-stenok s shestiugol`ny`mi vy`rezami (Local stability of beams-walls with hexagonal cutouts) / A.I. Pritykin // Building mechanics and calculation of structures. - 2011. - No. 1 – P. 2–6. (in Russian)
  17. Pritykin, A.I. Raschet perforirovanny`kh balok (Calculation of perforated beams) / A.I. Pritykin. - Kaliningrad: Publishing house of KSTU, 2008 .- 308 p.
  18. Reshenie problemy` vy`noslivosti podkranovy`kh balok pri tyazhyolom rezhime e`kspluataczii (Solving the problem of endurance of crane girders under heavy operating conditions: monograph) / K.K. Nezhdanov, A.K. Nezhdanov. - Penza: PGUAS, 2015 . – 124 p. (in Russian)
  19. Alyamovsky A.A. SolidWorks Simulation. Inzhenerny`j analiz dlya professionalov: zadachi, metody`, rekomendaczii. (SolidWorks Simulation. Engineering analysis for professionals: tasks, methods, recommendations). - DMK Press, 2015. – 562 p. (in Russian)
  20. Nezhdanov, K.K. Sposob garantirovaniya zadannoj vy`noslivosti K-obraznogo svarnogo shva v podrel`sovoj zone stenki dvutavrovoj podkranovoj balki  (A method for guaranteeing a given endurance of a K-shaped weld in the under-rail zone of an I-beam crane girder [Text]) / K.K. Nezhdanov, A.K. Nezhdanov, A.A. Kuzmishkin // Building mechanics and design of structures. - 2008. - No. 1 - pp. 52–57. (in Russian)
  21. Nezhdanov, K.K. Reshenie problemy` obespecheniya dostatochnoj vy`noslivosti i resursa intensivno e`kspluatiruyushhikhsya podkranovy`kh balok (Solution of the problem of ensuring sufficient endurance and resource of intensively operated crane beams [Text]) / K.K. Nezhdanov, A.A. Lashtankin, D.Kh. Kurtkezov // Construction mechanics and calculation of structures. - 2013. - No. 5 – P. 41–47. (in Russian)