Зміст методу розрахунку зварних двотаврових колон з урахуванням впливу залишкових напружень у частині оцінки стійкості і підбирання перерізів, шляхи його вдосконалення. Пропозиції щодо технології виготовлення колон із необхідним залишковим станом.
Аннотация к работе
Таким чином, дисертаційна робота, присвячена вивченню впливу залишкових напружень, що виникають під час виготовлення зварних двотаврових колон, на їхню стійкість, є актуальною. Метою дисертаційної роботи є визначення залишкового стану, що виникає в зварних двотаврових колонах під час виготовлення, і оцінка його впливу на стійкість при дії моменту в площині більшої жорсткості. удосконалити метод розрахунку зварних двотаврових колон з урахуванням впливу залишкових напружень у частині оцінки стійкості і підбирання перерізів; розробити методику і провести комплексні експериментальні дослідження залишкового стану, що виникає під час виготовлення, та його впливу на стійкість зварних двотаврових колон; Предметом досліджень є залишкові напруження, що виникають у зварних двотаврових колонах під час виготовлення, і їхній вплив на стійкість конструкцій.У першому розділі наведено огляд і аналіз результатів досліджень залишкового стану, що виникає під час виготовлення конструкцій, обґрунтовані необхідність вивчення технології виготовлення і наступного регулювання залишкового стану. Для опису деформування колон з урахуванням впливу залишкових напружень прийняті передумови, які традиційно використовуються для рішення таких задач: розглядаються тільки поздовжні деформації, приймається гіпотеза плоских перерізів, залежність між напруженнями і деформаціями приймається у вигляді діаграми Прандтля, деформування приймається в площині більшої жорсткості (при цьому розглядається можливість втрати стійкості з площини дії моменту), закріплення враховується коефіцієнтом приведення довжини, втрата стійкості розглядається як досягнення максимуму на кривій стану і т. ін. (6) де початковий ексцентриситет, з яким прикладається стискальне навантаження; максимальний прогин елементу при навантаженні ; - відповідно ширина і товщина поясу, висота і товщина стінки двотавра; - відповідно висота пружного і пластичного ядра в стінці; площа стінки; внутрішні зусилля в зонах залишкових розтягувальних напружень більш стиснутого поясу; внутрішні зусилля в зонах залишкових розтягувальних напружень менш стиснутого поясу; внутрішні зусилля в зонах залишкових розтягувальних напружень в стінці, які розташовані, відповідно, біля більш і менш стиснутого поясу. Послідовно уточнюючи параметри напружено - деформованого стану і кривизни всіх перерізів, крім найбільш навантаженого (для якого , де - номер перерізу за довжиною колони), одержують опорну (j) точку залежності (навантаження - прогин), що відповідає кривизні . (9) де - приведена площа залишкових розтягувальних напружень у поясах, що враховує зменшення величин залишкових напружень у межах цих зон; - відповідно величини катета зварного шву і глибини проплавления основного металу для поясних швів [(2-4) мм - при напівавтоматичному і (3 - 6) мм - при ручному зварюванні]; ; - відповідно величини катета зварного шву і глибини проплавления основного металу при наплавленні валиків на крайках поясів; - у цій формулі умовна товщина стінки (при відсутності поясних швів , при наявності поясних швів ).Удосконалена методика визначення залишкового стану, що виникає у зварних двотаврових колонах під час виготовлення. Вона дозволяє з єдиних позицій оцінювати залишковий стан, що виникає у зварних елементах, в т.ч. і після наплавлення валиків на крайках. Удосконалено метод розрахунку зварних двотаврових колон при дії моменту в площині більшої жорсткості з урахуванням впливу залишкових напружень у частині оцінки стійкості і підбирання перерізів. Удосконалена методика урахування впливу залишкового стану на параметри компонування перерізів зварних двотаврових колон дозволяє виконати підбирання перерізів із використанням відомих пропозицій і додаткових передумов, що враховують наявність залишкових напружень. Отримані дані про розподіл залишкових напружень у перерізах зварних двотаврових колон показали, що стругання крайок поясів (видалення зон залишкових розтягувальних напружень) призводить до появи залишкових стискальних напружень на крайках більшої інтенсивності (порядку 0,2 st), ніж у зразках без стругання (порядку 0,1 st).
План
Основний зміст роботи
Вывод
1. Удосконалена методика визначення залишкового стану, що виникає у зварних двотаврових колонах під час виготовлення. Розроблена методика базується на чітких фізичних гіпотезах і допущеннях. Вона дозволяє з єдиних позицій оцінювати залишковий стан, що виникає у зварних елементах, в т.ч. і після наплавлення валиків на крайках. Рішення, отримані з використанням цієї методики, добре співпадають з експериментальними даними.
2. Удосконалено метод розрахунку зварних двотаврових колон при дії моменту в площині більшої жорсткості з урахуванням впливу залишкових напружень у частині оцінки стійкості і підбирання перерізів. Метод базується на застосуванні гіпотез і допущень, традиційно використовуваних для рішення такого роду задач. Рішення враховує можливість просторової (згинально - крутильної) форми втрати стійкості колони. У ході розрахунків конструкцій із заданими параметрами визначаються точки діаграми «навантаження - прогин». Встановлено ефективність застосування регулювання залишкового стану шляхом наплавлення валиків на крайках поясів.
Порівняння експериментальних і отриманих розрахунковим шляхом результатів визначення несучої здатності колон свідчить про високу надійність розрахункової методики. Для n= 12 експериментальних зразків було встановлено, що величина , а середньоквадратичне відхилення .
Удосконалена методика урахування впливу залишкового стану на параметри компонування перерізів зварних двотаврових колон дозволяє виконати підбирання перерізів із використанням відомих пропозицій і додаткових передумов, що враховують наявність залишкових напружень. Використання розробленої методики дозволяє проектувати більш економичні (до 15%) перерізи за рахунок раціонального розміщення матеріалу і позитивного впливу залишкових напружень.
3. Розроблена методика і проведені комплексні експериментальні дослідження зварних двотаврових зразків із різноманітними видами розподілу залишкових напружень. Методика передбачала розрахунок, проектування та виготовлення зразків і оснащення в заводських умовах, визначення залишкового стану руйнівним методом і випробування на стійкість.
Отримані дані про розподіл залишкових напружень у перерізах зварних двотаврових колон показали, що стругання крайок поясів (видалення зон залишкових розтягувальних напружень) призводить до появи залишкових стискальних напружень на крайках більшої інтенсивності (порядку 0,2 st), ніж у зразках без стругання (порядку 0,1 st). Наплавлення валиків призводить до формування на крайках поясів зон залишкових розтягувальних напружень, що за величиною наближаються до межі текучості сталі.
У результаті досліджень зразків на стійкість отримані такі результати: - вичерпання несучої здатності зразків усіх серій відбувалося внаслідок значного (більше 3 мм) зростання прогинів при постійному навантаженні і закінчувалось втратою стійкості стиснутого поясу по двох напівхвилях із точкою перегину в центрі зразків;
- для всіх серій зразки з наплавленими валиками показали в середньому на 10% більшу несучу здатність, ніж зразки зі струганням крайок;
- для всіх серій зразки без стругання крайок показали несучу здатність у середньому на 5% більше, ніж зразки зі струганням;
- вичерпання несучої здатності зразків із наплавленими валиками завершувалося втратою місцевої стійкості стиснутого поясу в місці закінчення наплавлення.
4. Розроблені пропозиції щодо технології виготовлення металевих конструкцій із таким залишковим станом, що позитивно впливає на їхню роботу під навантаженням. Пропозиції засновані на результатах проведених досліджень і дозволяють виконати регулювання залишкового стану шляхом наплавлення валиків на крайках поясів на частині довжини колони.
5. Розроблені методики розрахунку впроваджені при проектуванні колон торговельного павільйону в місті Кіровську. В порівнянні з типовим рішенням на основі широкополичних двотаврів, зварна колона на 127 кг легша. Ефект від зниження металоємності колони склав 439 гривень на 1 т конструкцій.
Список литературы
1. Голоднов А.И., Полишко С.Н. Повышение несущей способности внецентренно-сжатых стержней из сварных двутавров за счет оптимизации полей остаточных напряжений // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - Дніпропетровськ, ПДАБТАА, 2001. - №10. - С. 17 - 22. (автору належать пропозиції щодо визначення галузі застосування методики розрахунку).
2. Голоднов А.И., Полишко С.Н. Напряженно-деформированное состояние сжатого стержня с учетом влияния полей остаточных напряжений // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - Дніпропетровськ: ПДАБТАА, 2002. - №5. - С. 14 - 20. (автору належить розроблення методики визначення залишкових напружень).
3. Голоднов А.И., Полишко С.Н. Методика экспериментальных исследований сжатых стальных стержней, имеющих поля остаточных напряжений // Строительство. Материаловедение. Машиностроение: Сб. науч. тр./ ПГАСИА. - Днепропетровск: ПГАСИА, 2002. - Вып. 18. - С. 43-48. (автору належить виконання розрахунків для визначення конструкцій зразків).
4. Голоднов А.И., Набоков И.И., Полишко С.Н. Принципы компоновки сечений сжатых стальных двутавровых стержней с учетом влияния остаточных напряжений // Теоретичні основи будівництва: Збірник наукових праць. Т. II / Придніпровська державна академія будівництва та архітектури і Варшавський технічний університет. - Варшава: Варшавський технічний університет, 2002. - Вип. 10. - С. 626 - 631. (автору належить розроблення розрахункової програми та виконання порівняльних розрахунків).
5. Голоднов А.И. Полишко С.Н. Остаточное напряженно-деформированное состояние в сварных элементах, возникающее при их изготовлении // Теоретичні основи будівництва: Збірник наукових праць / Придніпровська державна академія будівництва та архітектури і Варшавський технічний університет. - Днепропетровськ: ПДАБТАА, 2003. - Вип. 11. - С. 85 - 88. (автору належить розроблення методики визначення залишкових напружень).
6. Полишко С.Н. Несущая способность внецентренно сжатых стальных колонн с различными видами остаточного напряженного состояния // Захист від корозії і моніторинг залишкового ресурсу промислових будівель, споруд та інженерних мереж: Матеріали міжнародної конференції. - Донецьк: УАМК, 2003. - С. 353 - 357.
7. Полишко С.Н. Учет влияния остаточного напряженно - деформированного состояния на устойчивость внецентренно сжатых стальных двутавровых стержней // Вісник Придніпровської державної академії будівництва і архітектури. - Дніпропетровськ: ПДАБТАА, 2003. - №10-11. - С. 94-99.
8. Голоднов А.И., Полишко С.Н. Экспериментальные исследования внецентренно сжатых сварных двутавровых образцов-колонн // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - Дніпропетровськ: ПДАБТАА, 2004. №1. - С. 43-50. (автору належить участь у розробленні методики та проведенні експериментальних досліджень).
9. Полишко С.Н., Иванов А.П., Голоднов А.И. Экспериментальные исследования внецентренно сжатых стальных колонн // Металлические конструкции: взгляд в прошлое и будущее: Сборник докладов VIII Украинской научно - технической конференции. - Часть 1. - К.: Изд-во «Сталь», 2004. - С. 618 - 623. (автору належить участь у розробленні методики і проведенні випробувань).