Швеллер гост 8240 97 сортамент: ГОСТ 8240-97 Сортамент швеллеров стальных горячекатаных

Оптимизация калибровок валков для прокатки балочных каналов. Часть 2. Пространство канальных манометров

Журналы →
Черные Металлы →
2022 →
№4 →
Спинка

Прокатка и термообработка
Название статьи Оптимизация калибровок валков для прокатки балочных каналов. Часть 2. Пространство швеллеров
ДОИ 10.17580/чм.2022.04.05
СтатьяАвтор Шварц Д.Л., Михайленко А.М., Салихьянова Е.И.
Данные об авторе статьи

Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия:

Шварц Д.Л. , д.т.н., доцент кафедры обработки металлов давлением
Михайленко А.М. , канд. техн., доцент кафедры ОМП
Салихьянова Е.И. , аспирант, ассистент кафедры ОМП, e-mail: [email protected]

Аннотация

Реализована оптимизация конструкции калибра прокатки швеллеров на основе концепции двухэтапной оптимизации. Проектирование калибров является самостоятельной функционирующей системой и имеет две составляющие оптимизации: схему расчета калибров и график проходов. Схема прокатки будет считаться действительно оптимальной только в том случае, если она будет иметь как оптимальную схему, так и оптимальное расписание проходов. При оптимизации первого этапа (поиск оптимальной схемы конструкции калибра) наиболее важным моментом является формирование «пространства канавок канала» как первой оптимизации пространства. Вышеупомянутое пространство состоит из швеллерных канавок различных типов и форм, определяемых известными из литературы и практики конструкциями калибров. «Пространство канальных бороздок» необходимо упорядочить с помощью метода классификации. В качестве основных признаков классификации (координаты пространства нарезки) были выбраны наиболее важные геометрические и технологические признаки нарезки: тип шейки, тип собственно фланца, тип ложного фланца, тип закрытия паза и количество валков, составляющих нарез. . Уровни изменчивости для каждого критерия классификации были определены и закодированы. Каждая допустимая комбинация уровней вариации определяет тип и код конкретной схемы канальной канавки.
Благодарности: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, ​​номер проекта 20-38-

.

ключевые слова Прокат профилей, сортовой прокат, прокатный стан, калибровка валков, канавки, теория систем, системный анализ, оптимизация калибровки валков, оптимизационное пространство, критерий оптимальности, целевая функция
Ссылки

1. Шварц Д. Л., Михайленко А. М., Устинова Е. I. Оптимизация калибровок валков для прокатки балочных каналов. Часть 1. Общие положения. Черные Металлы . 2019. № 9. С. 4–8.
2. Илюкович Б.М., Нехаев Н.Е., Меркурьев С.Е. Прокатка и канавка. Том. В. Днепропетровск: Днепро-ВАЛ, 2002. 481 с.
3. Смирнов В.К., Шилов В.А., Инатович Ю. В. V. Накатка прокатных валков: Учебник для вузов – 2 -й изд., перераб. и доп. Москва: Теплотехник, 2010. 490 с.
4. Рудской А.В. И., Лунев В.А. Теория и технология прокатного производства: Учебник для вузов. Санкт-Петербург. Издательство «Лань», 2020. 528 с.
5. ГОСТ 8240–97. Швеллеры стальные горячекатаные. Ассортимент. Москва: Стандартинформ, 2001. 10 с.
6. Ли С., Чжан Л., Чжао Дж. Испытания, моделирование и проектирование горячекатаных секций швеллера из нержавеющей стали при комбинированном сжатии и изгибающем моменте по малой оси. Тонкостенные конструкции . 2022. Том. 172. с. 108836.
7. Qadir S.J., Nguyen V.B., Hajirasouliha I. et al. Оптимальная конструкция холоднокатаных профилей стального швеллера при изгибе с учетом как геометрии, так и эффектов холодной обработки. Тонкостенные конструкции . 2020. Том. 157. с. 107020.
8. Raknes C.A., Ma J., Welo T., Paulsen F. Новая стратегия механической калибровки для экструзии U-образных каналов. Международный журнал передовых производственных технологий . 2020. Том. 110. Вып. 1–2. стр. 241–253.
9. Jin X., Xu D., Wang H. Метод калибровки канала с использованием периодического мониторинга для радара с фазированной решеткой на основе FPGA. Публикации конференции IET . 2020. Том. 779. стр. 144–149.
10. Ван Ф., Чжао О., Янг Б. Поведение на изгиб и прочность штампованного листа S960 балок швеллерного сечения из сверхвысокопрочной стали. Инженерные сооружения . 2019. Том. 200. 12 с.
11. Хайкин Б.Е. Построение аппроксимационных математических моделей в условиях обработки металлов давлением: учебное пособие. Свердловск: УПИ, 1991. 100 с.
12. Хайкин Б.Е. Применение принципа симметрии к математическим моделям процессов обработки металлов давлением. Обработка металлов давлением: межвузовский сборник научных трудов . Уральский политехнический университет имени С. М. Кирова. Свердловская, 1990. Вып. 17. С. 33–38.
13. Воронин Ю.В. А. Теория классификации и ее приложения. Новосибирск: Наука, 1985. 232 с.
14. Бергеман Г.В. Освоение изготовления крупногабаритного сечения швеллера №30П на среднесортном стане 550. Металл и литё Украины . 2016. № 2. С. 36–41.
15. Устинова Е. И., Шварц Д. Л., Михайленко А. М. Моделирование нового способа прокатки каналов в программном комплексе «Деформирование». Материалы 5-й -й Международной молодежной научно-технической конференции . Под редакцией А.Г. Корчунова. 2020. С. 69–71.
16. Шварц Д. Л., Михайленко А. М., Устинова Е. И. Метод оптимизации калибровки валков для каналов. Грувовое пространство. Журнал химической технологии и металлургии . 2020. Том. 55. Вып. 3. С. 657–665.

Язык полнотекстового русский
Полное содержание Купить

Назад

Расчет пределов огнестойкости конструкций с огнезащитным покрытием Текст научной работы на тему «Строительство гражданского строительства»

MATEC Web of Conferences 53, 010 32 (2016)

DOI: 10. 1051/ matecconf/201653 0103 2

© Принадлежит авторам, опубликовано EDP Sciences, 2016

Расчет пределов огнестойкости конструкций Огнезащитное покрытие

1a 11 1 2

Кривцов Артем, Гравит Марина, Зимин Сергей, Недрышкин Олег и Першаков Валерий

1Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 195251, Политехническая 2, ул. пр. Космонавта Комарова, 1, Киев, Украина, 03680

Аннотация. Данная статья посвящена огнезащитной обработке стальных конструкций. Основная задача состоит в том, чтобы рассмотреть различные типы сечений стержневых элементов и выбрать наиболее эффективное сечение стальной колонны с точки зрения противопожарной защиты. Для решения этой задачи рассматривались стальные колонны различного сечения, работающие в одинаковых начальных условиях. Выполнены все необходимые расчеты для всех типов сечений. Результаты расчетов были представлены в сводной таблице, по которой был проведен сравнительный анализ. По окончании работы сделан вывод, что составное сечение из четырех равных углов является наиболее эффективным с точки зрения противопожарной защиты.

1 Введение

Строительные конструкции, в том числе стальные, широко используются из-за возможностей, которые они дают для решения различных задач. Сталь часто используется в строительстве благодаря прекрасному сочетанию технологических и эксплуатационных свойств, примером чему является множество уникальных архитектурных сооружений в мире. Однако есть важная проблема, с которой человечество столкнулось с момента своего зарождения – противопожарная защита. Основная цель этой защиты – обеспечить безопасность людей, находящихся в здании. Второй по важности задачей является сохранение богатства, которое может погибнуть при пожаре. Этой проблеме посвящены многие исследования, стандарты, многочисленные испытания материалов и конструкций. Однако в связи с важностью этой проблемы и развитием техники сохраняется актуальность вопросов пожарной безопасности и поиска новых технических решений в этой области [1, 2, 16].

Из-за многочисленных технических решений и требований к стальным конструкциям трудно ожидать одинаковых решений для разных конструкций. Во-первых, при решении вопросов противопожарной защиты стальных конструкций учитывается ряд факторов, важность которых часто зависит от назначения конструкции. Поэтому важно определить основные критерии, определяющие способы огнезащиты стальных конструкций [6, 14].

Основной задачей данной работы был расчет стальной колонны с целью выявления наиболее выгодного сечения с точки зрения противопожарной защиты. Для этого в данной работе был рассмотрен огнезащитный материал Knauf-Fireboard. Расчет производился в соответствии с российскими нормативными документами: СНиП 16.13330.2011 «Металлические конструкции», Федеральный закон от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

a Автор, ответственный за переписку: [email protected]

Это статья в открытом доступе, распространяемая на условиях лицензии Creative Commons Attribution License 4.0, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии, что оригинальная работа надлежащим образом цитируется.

Объектом исследования был стержневой элемент. Для практического применения данной работы рассматривались стальные вертикальные колонны, работающие на центральное сжатие. Входные условия по нагрузке, класс стали, длина и условия крепления для всех колонн были одинаковыми, различались только поперечные сечения. Все колонны были облицованы огнеупорным плитным материалом Knauf-Fireboard.

Основной целью работы было сравнение необходимого количества огнезащитного материала для стержневых элементов различного сечения. За основу работы были взяты исследования Голованова В.И. [3, 4, 6, 8, 11, 16]. Также были учтены результаты, полученные в работах [9, 12, 18].

Для решения поставленной задачи были поставлены следующие задачи:

■ провести расчеты всех рассматриваемых сечений на прочность, устойчивость и необходимую для данных условий толщину огнезащитного материала;

■ провести сравнительный анализ и сделать выводы по расходу металла и огнезащитного материала в зависимости от сечения стержневого элемента.

2 Описание расчета

2.1 Огнезащитный материал

Выбор материалов для огнезащиты стальных конструкций основан на понимании их поведения при высоких температурах. Важно знать, что некоторые материалы, обладающие хорошими термическими свойствами, могут механически разрушаться от теплового удара и, таким образом, не обеспечивать тепловую защиту. Другие же, обладая горючестью, но сохраняя механическую устойчивость под нагрузкой при горении (например, древесина), некоторое время не разрушаются и тем самым обеспечивают преграду между очагом возгорания и конструкцией. Важно помнить, что конструкция наружного устройства противопожарной облицовки может существенно повлиять на огнестойкость конструкции. Наличие или появление огнепроницаемых отверстий может свести на нет все усилия по противопожарной защите [16].

В данной статье был рассмотрен материал Knauf-Fireboard. Это негорючий плитный материал, разработанный компанией Knauf для пожарной безопасности зданий.

Knauf-Fireboard является огнезащитным облицовочным материалом и широко применяется при отделке технических помещений, где по требованиям пожарной безопасности необходимо применение негорючих материалов, например эвакуационные выходы офисов и торговых центров, пути эвакуации . Этот продукт также используется в местах, где существует повышенный риск возгорания. Применение этого материала способствует локализации пожара в помещении и предотвращению распространения пламени наружу [20, 22].

Отличие Knauf-Fireboard от других гипсовых изделий в том, что влага из гипсового стержня испаряется после взаимодействия с пламенем, при этом плита не ломается и не трескается достаточно долгое время. Также плиты Knauf-Fireboard имеют негорючий стеклохолст, который является огнестойким армирующим каркасным изделием. Такой армирующий каркас обеспечивает усиленную огнестойкость всей конструкции [5, 17].

2.2 Классификация зданий и сооружений по пожарной опасности

Время пожара не может быть бесконечным как из-за ограниченного количества горючего материала, так и из-за ограниченного срока службы конструкций при воздействии огня. Поэтому в правилах пожарной безопасности для большинства сооружений пожар нормируется в пределах от 0 до 6 часов [6].

Конструкции, разделенные на несущие и ненесущие, имеют существенную разницу в требуемой огнестойкости. Поэтому для них применяются разные технические антипиреновые решения, хотя они могут быть изготовлены из одного и того же сортамента стали. Для несущих элементов важным фактором является их ответственность за геометрическую изменчивость конструкции под нагрузкой при пожаре, что позволяет значительно снизить критическую температуру стали. К ненесущим элементам требования противопожарной защиты менее жесткие, так как их роль в обеспечении устойчивости каркаса незначительна [12, 21].

Таблица 1 является частью Таблицы 21 из №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» — основного российского нормативного акта в области пожарной безопасности. В российских нормативных актах существует пять классов пожарной безопасности зданий. В данной работе мы рассмотрели только несущие конструкции в здании первого класса пожарной безопасности.

Таблица 1. Соответствие класса огнестойкости и огнестойкости строительных конструкций.

Класс огнестойкости здания Огнестойкость

Несущие конструкции Ненесущие конструкции

I R120 E30

II R90 E15

III R45 E15

IV R15 E15

V Нет норм Нет норм

2. 3 Расчет строительных конструкций, имеющих высокую теплопроводность

03 существенно влияет на инженерные решения конструктивной противопожарной защиты. С одной стороны элементы стальной конструкции быстро нагреваются, а с другой – хорошо распределяют и рассеивают тепло. Баланс тепловых потоков при нагреве и охлаждении определяет изменение температуры конструкции и время достижения критической температуры [10, 13, 15].

Для принятия решений по огнезащите металлоконструкций введены два критерия: заданная толщина металла и критическая температура. Заданная толщина металла позволяет учитывать сечение стального профиля и характер подвода тепла при пожаре. Как и всякий критерий, данная толщина металла предполагает некоторое упрощение, но для многих практических решений очень полезна [12, 19].

Заданная толщина металла рассчитывается по формуле:

S = An/P (1)

где:

An – площадь поперечного сечения, см2;

Периметр обогрева, см.

Величина обогреваемого периметра зависит от геометрии поперечного сечения и рассчитывается по формулам таблицы 3 Инструкции по расчету фактических пределов огнестойкости металлоконструкций с огнезащитной облицовкой из плит Кнауф-Файрборд , согласовано с МЧС России [11, 14].

Этот критерий показывает, насколько эффективен отвод тепла по отношению к нагреву в зависимости от формы поперечного сечения в условиях нагрева [7].

Другим важным критерием является критическая температура. Огнестойкость стальных конструкций возникает в результате прогрева их секций или их частей до критической температуры. Критическая температура стальных конструкций под нагрузкой зависит от типа расчетной схемы ее несущей, марки металла и величины нагрузки [8, 9, 14].

Критическая температура определяется как наименьшее значение из двух, указанных в таблице 1 Инструкции по расчету фактических пределов огнестойкости металлоконструкций с огнезащитной облицовкой из плит Кнауф-Файрборд, утвержденной МЧС России, в зависимости от значений коэффициентов yt и ye. Значения коэффициентов yt и ye учитывают изменение нормативного сопротивления и модуля упругости стали.

Коэффициент yt рассчитывается по формуле:

yt = N/AnRy (2)

где:

Н — продольная сила, действующая на стержень, кг;

Ry — расчетное сопротивление стали при работе на растяжение, сжатие, изгиб по пределу текучести, кг/см2.

Коэффициент ye рассчитывается по формуле:

Ye = Nlg/n2EImjn (3)

где:

l0 — расчетная длина стержня, см; Imin — минимальный момент инерции, см4; Е — модуль упругости стали, кг/см2.

3 Расчеты

3.1 Исходные данные

Объектом исследования является вертикальная стальная колонна с приложенной продольной силой. Исходные данные для задачи:

Класс огнестойкости здания: I; Тип работы стержня: компрессионный; Тип крепления: фиксация концов;

Вид облицовки и условия обогрева: облицовка коробчатая с 4-х сторон; Продольная сила:

кг; Геометрическая длина стержня: 300 см; Марка стали: C235;

Начальный модуль упругости стали: 2100000 кг/см2.

Задача состоит в том, чтобы подобрать сечения, удовлетворяющие условиям прочности и устойчивости, и рассчитать необходимую толщину листового материала КНАУФ-Файрборд для каждого сечения в текущих исходных данных.

3.2 Типы применяемых сечений

В расчете использовались наиболее популярные виды сечений: двутавры, трубы, квадратный профиль, составное сечение из двух швеллеров, составное сечение из четырех равнополочных уголков.

3.3 Пример расчета

3.3.1 Характеристика конструкции:

Степень огнестойкости здания: I.

В соответствии с таблицей 1: огнестойкость конструкции 120 мин.

3.3.2 Характеристика сечения:

Вид в поперечном сечении: Прокат стальной горячекатаный двутавровый (ГОСТ 8239-89) № 33.

В соответствии с сортаментом металла, применяемым по ГОСТ 8239-89, геометрически характеристики сечения представлены в таблице 2.

Таблица 2. Геометрические характеристики сечения.

h, см b, см An, см2 T 4 Tmin, см

33,0 14,0 53,8 419,0

3.3.3 Огнезащитная обработка

Вид облицовки и режим обогрева: облицовка коробчатая с 4 сторон. В соответствии с Таблицей

3 Инструкции по расчету фактических пределов огнестойкости металлоконструкций с огнезащитной облицовкой из плит Кнауф-Файрборд, утвержденной МЧС России, обогреваемый периметр следует определять по формуле:

Р = 2б+2ч (4)

P = 2-14+2-33 P = 94 см

Данная толщина металла рассчитывается по формуле (1):

S = 53,8/94 S = 0,572 см Коэффициент yt рассчитывается по формуле (2) :

y, =

/53,8-2250 7, = 0,74

В соответствии с таблицей 1 Инструкции по расчету фактических пределов огнестойкости металлоконструкций с огнезащитной облицовкой из плит Knauf-Fireboard, утвержденной с МЧС России, критическая температура:

Tкр = 344,18°С Коэффициент уе рассчитывается по формуле (3):

y, =

-1502/3.

14-2100000-419 Yt = 0,23

В соответствии с таблицей 1 Инструкции по расчету фактических пределов огнестойкости металлоконструкций с огнезащитной облицовкой из плит Knauf-Fireboard , согласованная с МЧС России, критическая температура:

Tкр = 898,28°С

Значит минимальная критическая температура:

Tкр = 344,18°С

В соответствии с Инструкцией по расчету фактических пределов огнестойкости металлоконструкций с огнезащитной облицовкой, одобренной МЧС России, минимально допустимая толщина Кнауф-Файрборд в этих условиях составляет 32,5 мм.

4 Результаты

4.1 Результат расчета для различных сечений

Результаты расчета для различных сечений представлены в таблице 3.

Таблица 3. Результаты расчета для различных сечений.

поперечный сечение

I-Profile

№33 (GOST* 8239-89)

Труба E325x9 (GOST 10704-91)

ПРОФИЛЬ 160×8

(GOST 30245-2003) двухканальный № 20 (ГОСТ 8240-89

344. 18

178.75

193.99

198.69

188.15

V, m3 m, kg

0.104 126.6

0.175 210.4

0.075 109.4

0.104 110.4

0.071 108.24

where:

A , мм — минимально допустимая толщина КНАУФ-ДВП; V, м3 — общий объем Knauf-Fireboard для колонны; м, кг — общий вес колонны. *ГОСТ — Национальный стандарт Российской Федерации.

4.2 Выводы по результатам расчетов

После проведенного расчета можно сделать следующие выводы:

■ В результате расчета сечение, состоящее из четырех равных уголков, оказалось наиболее экономичным с точки зрения расхода огнеупорного материала. На этом участке колонны при прочих равных условиях наименьшее количество материала Knauf-Fireboard — 0,071 м3. Также этот участок самый выгодный по расходу металла в колонне — 108,24 кг.

■ Также очень экономично с обеих точек зрения точеное сечение квадратного профиля. Расход материала Knauf-Fireboard оказался 0,075 м3, а расход стали оказался несколько выше, чем у сечения четырех равных уголков — 109. 4 кг.

■ Наименее выгодное по расходу стали и огнезащитного точеного сечения трубы (0,175 м3, 210,4 кг). Обустройство условий устойчивости и прочности поперечного сечения было слишком большим, что приводило к перерасходу материала.

5 Выводы

Целью данной работы было выявление наиболее эффективного с точки зрения пожарной безопасности сечения

стального стержневого элемента. По результатам проведенного исследования сделаны следующие выводы

составлены:

■ произведен расчет поперечных сечений наиболее применяемых на сегодняшний день стальных стержневых элементов;

■ в результате расчета наиболее эффективными с точки зрения расхода огнезащитного материала оказались сечения из четырех равных углов и квадратного профиля.

Литература

1. Лазаревская М., Цветковская М., Кнежевич М., Тромбева Гаврилоска А., Миланович М., Мургул В., Ватин Н. Прикладная механика и материалы, 627, 276-282 (2014)

2. М. Лазаревская, М. Кнежевич, М. Цветковская, А. Тромбева-Гаврилоска, Технический вестник, 21 (6), 1353-1359 (2014)

3. В. Голованов, В. Павлов, А. Пехотиков. Пожарная безопасность, 3, 48-58 (2002)

4. Ю. Морозов, Л. Эфрон, О. Чевская, Н. Штычков, П. Одесский, Д. Соловьев, В. Москаленко, А. Степашин, И. Шабалов, Д. Кулик. Stal, 9, 48-53 (2004)

5. M. Jevric, M. Knezevic, J. Kalezic, N. Kopitovic-Vukovic, I. Cipranic, Tehnicki Vjesnik, 21 (4), 873-879(2014)

6. Б. Салон. Пожарная безопасность, 5, 18-19 (2004)

7. О. Ламкин, М. Гравит, О. Недрышкин. Строительство уникальных зданий и сооружений, 11(38), 42-58 (2015)

8. В. Страхов, А. Гаращенко, Г. Кузнецов, В. Рудзинский. Горение, взрыв и ударные волны, 2, 212-220 (2001)

9. М. Гравит. Пожарная и взрывобезопасность, 11, 42-45 (2014)

10. Р. Кунце, Б. Шарте, М. Бартолмай, Д. Нойберт, Р. Шривер. Журнал термического анализа и калориметрии, 3, 901-913 (2002)

11. K. Langille, D. Nguyen, D. Veinot. Пожарная техника, 2, 99-110 (1999)

12. М. Хейнисуо, М. Лаасонен, Дж. Оутинен, Дж. Хиетаниеми. Применение структурного противопожарного проектирования, 405410 (2011)

13. М. Гравит, В. Гуменюк, О. Недрышкин. Procedia Engineering, 117, 114 — 118 (2015)

14. А. Кривцов, В. Казакова, И. Мингалимов, П. Богданов, И. Ница. Строительство уникальных зданий и сооружений, 6(33), 34-46, (2015)

15. М. Лазаревская, М. Кнежевич, М. Цветковская, А. Тромбева-Гаврилоска, Технический журнал, 21 (6), 1353 -1359(2014)

16. О. Халявин, М. Гравит, А. Пряникова. Science Week STU, 22-25 (2015)

17. М. Лазаревская, М. Миланович, М. Кнежевич, М. Цветковская, А.Т. Гаврилоска, Т. Самадзиоска, Journal of Applied Engineering Science, 12 (1), 63-68 (2014)

18. Y. Dong, G. Wang, J. Yang. JCT Research, 2, 231-237 (2014)

19. P. Kraus, M. Mensinger, F. Tabeling, P. Schaumann. Journal of Structural Fire Engineering, 6, 237-246 (2015)

20. З. Арабасади, М.