RESULTS OF EXPERIMENTAL RESEARCH OF THE WORK OF COMPRESSED RODS WITH GENERAL DEFORMATIONS, STRENGTHENED WITH WELDING

Full Text

В Российской Федерации существует обширный парк строительных конструкций, выполненных из стали, в той или иной степени претерпевших износ. Одним из наиболее эффективных приемов продления срока их службы является усиление. Усиления требуют элементы каркаса, в том числе и стальные фермы покрытия. Значительная их часть - это конструкции со стержнями, выполненными из парных уголков. Для увеличения их несущей способности обычно не требуется усиление большого количества стержневых элементов. В этом причина широкого применения методов усиления, связанных с увеличением несущей способности лишь отдельных из них, наиболее слабых, напряженных. Среди таких методов наиболее применяемым и эффективным является метод увеличения сечений стержней путем присоединения на сварке дополнительных стержневых элементов. Усилению ферм уделяется значительное внимание. Вопросы усиления стержней освещены, в частности, в технической литературе [1-7]. Серьезное внимание усилению стержней уделялось в исследованиях [8-11]. Например, в работе [11] исследовалось влияние общих и местных дефектов и повреждений на прочность и пространственную устойчивость стержней крестового сечения, работа [8] посвящена вопросам моделирования и расчета стержневых систем, усиленных в напряженном состоянии, в работе [10] исследовано влияние сварочных процессов на пространственную устойчивость усиливаемых под нагрузкой элементов. Из последних исследований можно отметить работы [12-15] по оценке влияния технологических параметров сварки на напряженное состояние сжатых усиливаемых и усиленных стержней. Обследование конструкций показывает, что довольно часто сжатые стержни имеют общие выгибы в плоскости и из плоскости ферм, DOI: 10.17673/Vestnik.2019.01.2 И. К. Родионов, И. И. Родионов 11 Градостроительство и архитектура | 2019 | Т. 9, № 1 что, естественно, снижает их несущую способность. В целом же усиление строительных конструкций с дефектами и повреждениями в условиях действующей нагрузки является недостаточно изученной областью. В этой связи в Тольяттинском государственном университете проводятся исследования по работе сжатых усиливаемых стержней, имеющих начальные деформации, в том числе и общие погибы в плоскости ферм. Вопрос этот лишь фрагментарно отражен в известной технической литературе. В частности, предлагаются схемы усиления прямыми стержнями; даются ограничения предельно допускаемой при усилении нагрузки, причем разброс довольно большой - от 0,4 [5] до 0,8 [1, 2, 6, 7] от расчетной несущей способности усиливаемого стержня. Цель исследований - получение информации о влиянии схемы усиления на работу сжатых стержней из парных уголков, имеющих общий выгиб в плоскости фасонок и усиливаемых с применением сварки, и, кроме того, подтверждение возможности проведения усиления при нагрузках, близких к критическим. Для достижения поставленной цели необходимо было выполнить следующее: провести испытания эталонных стержней (без деформаций), деформированных стержней без усиления, деформированных стержней с усилением под нагрузкой. Для этого было изготовлено 9 стержневых моделей таврового сечения из спаренных уголков L 40х4 длиной 100 см. Уголки соединили полосовыми прокладками толщиной 8 мм в двух сечениях. На торцах стержней на опорных пластинах толщиной 20 мм в центре тяжести сечений было выполнено сверление для удобства использования шаровых опор (рис. 1). Шаровые опоры представляли собой круглые пластины диаметром 120 и толщиной 25 мм. В центре пластин - запрессованные в лунки шарики диаметром 16 мм. Все стержни были поделены на три серии. В 1-й серии - стержни эталонные, выполненные без начальных деформаций (рис. 1, 3). Во 2-й и 3-й - деформированные стержни с выгибом f = 25 мм в плоскости фасонок (рис. 4). Стержни 1-й и 2-й серий (по три модели в каждой серии) испытывались без усиления. Стержни 3-й серии (три деформированные модели) усиливались под нагрузкой. Перед испытаниями производился монтаж опорных шарниров. К верхней плите пресса на клею прикреплялась верхняя шаровая опора (рис. 2), после чего осуществлялось центрирование и прикрепление нижней шаровой опоры. Центрирование производилось тщательно с помощью отвеса. Рис. 1. К вопросу конструктивных особенностей усиливаемых стержней и шаровых опор Рис. 2. Верхняя шаровая опора Градостроительство и архитектура | 2019 | Т. 9, № 1 12 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ Рис. 3. Стержень 1-й серии Рис. 4. Стержень 2-й серии Рис. 5. Испытание стержня 1-й серии Рис. 6. Испытание стержня 2-й серии Испытание стержней 1-й и 2-й серий (рис. 5, 6) производилось в следующем порядке: стержень устанавливался между опорами пресса П-250 на предварительно смонтированные, отцентрированные шарнирные опоры, после чего производилось нагружение ступенями по 200 кг до потери устойчивости. Потеря устойчивости определялась по моменту появления и роста изгибных деформаций. По шкале пресса определялась критическая нагрузка. Стержни 3-й серии усиливались под нагрузкой. Усиление производилось двумя уголками того же калибра, как и в основном стержне (рис. 7). Элементы усиления со стрелкой выгиба f = 25 мм. Стрелка получалась следующим образом: в середине стержня разрезалась одна из полок, стержень сгибался до появления требуемого выгиба и закреплялся в тисках, после чего разрез заваривался. Таким образом, путем прикрепления элементов усиления по схеме (см. рис. 7) ось усиленного стержня принимала форму прямой линии. В результате увеличивалась площадь сечения, исключался эксцентриситет приложения нагрузки. И. К. Родионов, И. И. Родионов 13 Градостроительство и архитектура | 2019 | Т. 9, № 1 Наплавка соединительных швов производилась первоначально по концам в пределах опорных пластин с последующим нанесением промежуточных валиков. Для обеспечения совместной работы усиливаемого стержня с уголками усиления в среднем сечении применялись соединительные планки. Все швы выполнялись длиной lω = 30-40 мм, катетом k = 3-4 мм. Сварка производилась вручную электродами типа Э42. Рис. 8. Испытание усиленного стержня № серии Сечение Длина и калибр уголков Класс стали Вид начальных деформаций Стержни серии Наличие усиления Критические силы, кН 1 2∟40×4 L=100 см С245 Без деформаций 1 Нет 120 2 126 3 130 2 Общий выгиб, f = 25 мм 1 Нет 41 2 39 3 35,2 3 1 Есть 252,5 2 280 3 275 Рис. 7. Схема усиления стержня 3-й серии За нагрузку при усилении принималась величина, близкая к минимальной критической нагрузке, экспериментально полученной при испытании стержней 2-й серии. Последнее принималось для подтверждения результатов исследований [12-15] о возможности усиления сжатых стержней при нагрузке, близкой к критической. После усиления стержни (рис. 8) нагружались ступенями по 200 кг до потери устойчивости. В результате проведенных исследований были получены следующие результаты (см. таблицу): при испытании эталонных стержней минимальная критическая сила составила 120 кН; при испытании деформированных стержней без усиления - 35,2 кН; минимальная критическая сила усиленных стержней - 252,5 кН. Выводы. 1. Общие деформации значительно ухудшают работу сжатых стержней: критические силы стержней с выгибами f = 25 мм более чем в три раза меньше критических сил прямых центрально сжатых стержней. 2. Предложенный способ усиления показал свою эффективность: критические силы усиленных стержней оказались в два раза больше критических сил эталонных стержней. 3. Результаты эксперимента подтвердили результаты исследований [13-15] о возмож- Градостроительство и архитектура | 2019 | Т. 9, № 1 14 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ ности проведения усиления сжатых стержней при нагрузке, близкой к критической: усиление производилось при нагрузке, равной 32 кН, близкой к величине минимальной критической силы деформированных стержней 35,2 кН.

About the authors

Igor K. RODIONOV

Tolgliatti State University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Igor I. RODIONOV

Tolgliatti State University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files