REINFORCEMENT UNDER LOAD OF DEFORMED COMPRESSED STEEL RAIL TRUSS

Full Text

При обследовании стальных конструкций покрытий шести производственных зданий было обнаружено 78 деформированных сжатых стержней ферм, подлежащих, согласно [1-4], усилению. Наиболее выраженные виды деформаций: - выгибы стержней из плоскости фермы (28 стержней) и в плоскости - «на обушок» (7 стержней); - местные (ограниченной длины) погиби полок (лежащих в плоскости перпендикулярной плоскости фермы) уголков стержней [5-7]. Характер погибей полок уголков различен: размалкование (18 стержней), смалкование (25 стержней). При разработке технических решений усиления стержней ферм под нагрузкой (от массы конструкций покрытия) стремились достичь, по возможности, следующее: - компенсацию поврежденной части сечения (для местно повреждённых стержней); - приведение оси отремонтированного стержня в проектное положение (для стержней, имеющих общие выгибы). Решение усиления стержней, погнутых в плоскости фермы (на обушок), приведено на рис. 1. Уголки усиления принимаются такого же калибра, как и уголки стержня. Подготовка их осуществляется следующим образом. Одна из полок надрезается до утолщения у обушка: производится сгиб элемента с таким расчетом, чтобы после заварки разреза получить величину стрелки выгиба элемента усиления, равную величине замеренного погиба стержня. Следует отметить, что такое техническое решение отсутствует в известных источниках по усилению. Решение усиления стержня при выгибе его из плоскости фермы приведено на рис. 2. Уголки усиления принимаются одного калибра с основными. Один из уголков прямой, другой подготавливается описанным выше И. К. Родионов, Е. Г. Сафронов 27 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 3 образом. При этом, в отличие от предыдущего случая, стрелка С по величине принимается равной удвоенной величине замеренного погиба стержня ζ. Величина стрелки выгиба уголков усиления С определяется из условия приведения оси отремонтированного стержня в проектное положение. При относительно небольшой стрелке погнутия, т. е. в большинстве случаев, соединительные планки из полосовой стали не нужны. Следует отметить, что такое техническое решение, так же как в первом случае, отсутствует в известных источниках по усилению. Элементы усиления прикрепляются к основным прерывистыми сварными швами длиной около 50 мм через 40 радиусов инерции уголка относительно оси, проходящей через его центр тяжести и параллельной вертикальной полке. Усиление стержней с местным размалкованием полки одного из уголков производится приваркой в зоне погнутия двух коротышей из уголка (одного калибра с основными) (рис. 3). Из рисунка видно, что горизонтальная полка одного из уголков усиления располагается под погнутой полкой основного элемента, а горизонтальная полка второго коротыша лежит на полке соседнего уголка стержня. Длина Рис. 1. Техническое решение усиления стержня, погнутого в плоскости фермы (заводская сварка условно не показана) Рис. 2. Техническое решение усиления стержня, погнутого из плоскости фермы (заводская сварка условно не показана) элементов усиления равна сумме длины волны погиба и удвоенной длины сварных швов, вычисленных по «площади» поврежденного сечения. Усиление стержня при местном смалковании полки одного из уголков показано на рис. 4. Площадь сечения полосы усиления равна или несколько больше площади сечения поврежденной полки. Ширина полосы b подбирается из условия равенства радиусов инерции её сечения и уголка стержня относительно горизонтальной оси. Усиление стержня при местном смалковании может быть произведено только в соответствии с решением, приведенным на рис. 4. С целью проверки надежности и эффективности предложенных решений усиления деформированных сжатых стержней ферм под нагрузкой был проведен эксперимент. При решении основной задачи имелась возможность получить качественную оценку влияния различных типов погибов на снижение несущей способности стержней. При планировании эксперимента старались выполнить следующие условия: - приблизить характер работы опытных стержней к таковому рядовых сжатых (не опорных) стержней решетки обследованных стро- Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 3 28 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ пильных ферм (по гибкости, защемлению в поясах, напряжению во время усиления); - качество материалов опытных образцов по химическому составу и механическим свойствам должно быть возможно более близким к качеству обследованных конструкций. Учитывались также возможности постановки опыта: - 50-тонный пресс ГРМ-1 с наибольшим рабочим расстоянием в свету по высоте 1200 мм; - наличие уголкового проката калибра L32х4, материал которого был классифицирован как сталь марки Ст3кп со среднестатистическим значением предела текучести 27,53 кН/см2 (по результатам 6 образцов). Принятая схема экспериментальной установки и основные размеры опытных образцов приведены на рис. 5. Опытные образцы были изготовлены в виде стержней: таврового сечения - 30 шт., крестового сечения - 9 шт. Из них - 24 шт. и 6 шт. со стержнями соответственно таврового и крестового сечений были изготовлены с первоначальными деформациями (характер и величина приведены в таблице). Образцы изготавливали в следующем порядке: 1) путём сварки отрезков L 32х4 с фасонками и прокладками получали стержни; 2) часть стержней деформировали, используя специальные приспособления; 3) к фасонкам стержней приваривали опорные части, состоящие из двух отрезков уголка L50х5 (имитирующие верхний и нижний пояса ферм). Горизонтальные плоскости опор образцов были нормальны к проектной оси неповрежденного стержня. Были изготовлены также элементы усиления. Для усиления погнутых стержней использовались отрезки уголка L32х4 длиной 1040 мм. При этом для серий образцов: - со стержнями, погнутыми в плоскости фасонок, для каждого образца изготавливалось по два уголка, согнутых по середине их длины с С = 8 мм; - со стержнями, погнутыми из плоскости фасонок, для каждого образца изготавливалось по два уголка, один из которых был согнут по середине его длины с С = 16 мм. Для усиления стержней с местным смалкованием одной из полок уголка (по типу, приведенному на рис. 4) использовались полосы 32х4 длиной 125 мм (средняя длина волны погиба). Рис. 4. Техническое решение усиления стержня с местным смалкованием полки уголка (заводская сварка условно не показана) Рис. 3. Техническое решение усиления стержня с местным размалкованием полки уголка (заводская сварка условно не показана) И. К. Родионов, Е. Г. Сафронов 29 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 3 Возможность эксперимента обусловила некоторую нечёткость условия закрепления опытных стержней в поясах в плоскости и из плоскости фасонок (фермы). Неопределённость закрепления концов стержней не позволила произвести теоретическое обоснование полученных величин их несущей способности. При производстве испытаний фиксировали величину критической нагрузки, пользуясь шкалой пресса 0-20 тс с ценой деления 50 кгс. При испытании образцов с деформированными стержнями, подлежащими усилению, нагрузка доводилась до 3300 кгс и поддерживалась на этом уровне (с наибольшими колебаниями по величине ± 25 кгс). Под этой нагрузкой к образцам приваривали элементы усиления. Использовались электроды типа Э-42 с толщиной проволоки 4 мм. Усиление по схемам, показанным на рис. 1 и 2, производилось путём наложения сварных швов длиной 50 мм у концов стержней и двух промежуточных швов длиной 20 мм в районе прокладок. Стержни крестового сечения, погнутые из плоскости фасонок, усиливали в соответствии с решением, приведенным на рис. 2. Усиление по типу, показанному на рис. 4, производилось в следующем порядке: 1) полосы прикладывались к образцу у вмятины, согласно раннее нанесенным мелом отметок, и «прихватывались» у концов со стороны, противоположной обушкам уголков; 2) накладывались сварные швы, прикрепляющие полосы к уголкам со стороны их обушков. Выполнение сварных швов на каждом образце производилось один за другим без перерыва. Затем после остывания металла стержней до 60- 80 °С нагрузка увеличивалась до потери несущей способности. Среднестатистические значения полученных величин критических нагрузок Р (по сериям образцов) приведены в таблице. Рис. 5. Схема установки для испытания образцов со стержнями: а - таврового сечения; б - крестового сечения Результаты эксперимента № серии Тип сечения стержней Вид начальных деформаций Количество стержней в серии Наличие усиления Критические нагрузки Р, кгс 1 Тавровое Без деформаций 6 Нет 10080 2 Тавровое Стержни погнуты в плоскости фасонок с ζ=8 мм 3 Нет 8180 3 Тавровое Стержни погнуты в плоскости фасонок с ζ=8 мм 3 Есть 15450 4 Тавровое Стержни погнуты из плоскости фасонок с ζ=8 мм 3 Нет 7800 5 Тавровое Стержни погнуты из плоскости фасонок с ζ=8 мм 3 Есть 13150 6 Тавровое Местное размалкование полки уголка с ζ=16 мм 3 Нет 9050 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 3 30 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ 7 Тавровое Местное размалкование полки уголка с ζ=12 мм 3 Нет 9540 8 Тавровое Местное смалкование полки уголка с ζ=12 мм 3 Нет 8340 9 Тавровое Местное смалкование полки уголка с ζ=12 мм 3 Есть 9990 10 Крестовое Без деформаций 3 Нет 11040 11 Крестовое Стержни погнуты из плоскости фасонок с ζ=8 мм 3 Нет 7170 12 Крестовое Стержни погнуты из плоскости фасонок с ζ=8 мм 3 Есть 14240 Как показал эксперимент, наличие дефектов, общих выгибов и местных погибей негативно влияет на работу сжатых стержней. В частности, общий выгиб стержней в плоскости и из плоскости фасонок ζ=8 мм приводит к уменьшению несущей способности порядка 20-35 % (последнее для стержней крестового сечения). Местное размалкование со стрелкой 12 мм даёт уменьшение несущей способности около 5 %, в то время как такое же смалкование уменьшает критическую силу на 17 %. Критические силы стержней с местными погибями полок уголков уменьшаются при увеличении стрелки погибей. Следует отметить, что предложенные решения усиления показали довольно хорошую эффективность. В частности, критические силы усиленных стержней с общими выгибами (и таврового, и крестового сечений) оказались порядка на 30-40 % выше критических сил эталонных стержней (без деформаций). Таким образом, результаты проведенной работы дают возможность сделать следующие выводы: 1. Предложенные технические решения усиления под нагрузкой деформированных сжатых стержней стальных стропильных ферм надёжны и легко выполнимы. 2. Несущая способность стержня зависит от величины стрелки местного погиба полки уголка: при большем погибе наблюдается меньшая несущая способность. 3. Местное смалкование полок уголков стержней в большей степени снижает их несущую способность, чем размалкование, при одинаковой стрелке и длине волны погиба. Окончание таблицы

About the authors

Igor K. RODIONOV

Togliatti State University

Email: riktlt@mail.ru

Evgeniy G. SAFRONOV

Samara State Technical University

Author for correspondence.
Email: ewgenijsafronow@yandex.ru

References

Supplementary files